Bevezetés
A tűzálló anyagok nélkülözhetetlenek a magas hőmérsékletű folyamatokban, mivel megvédik az acél-, üveg-, kerámia-, cement-, vegyipari és energiatechnológiában használt berendezéseket a szélsőséges hőmérsékletektől, az agresszív anyagoktól és a mechanikai igénybevételtől. Ezeket például kemencék, reaktorok és olvasztótartályok béléseként használják. Az egyik legfontosabb anyagtulajdonság ebben az összefüggésben a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség. Jelentősen meghatározza, hogy mennyi hő kerül át a környezetbe, ami közvetlenül befolyásolja a folyamat energiahatékonyságát. A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség továbbá jelentős hatással van a hőterhelésre és következésképpen az anyagok élettartamára.
A tűzálló anyagok inhomogén anyagok, amelyek beágyazott részecskéket tartalmazó mátrixból állnak. A termofizikai tulajdonságok, például a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség meghatározásakor a következők érvényesek: Minél nagyobb a minta, annál reprezentatívabb.
A tűzálló anyagok Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességének meghatározása számos mérőrendszer számára kihívást jelent. Ennek két oka van: a viszonylag magas, jellemzően 1000°C-ot meghaladó hőmérséklet és az anyagok inhomogenitása.
Módszer és mérések Feltételek
Az LFA 707 StratoFlash®Classic akár 25,4 mm átmérőjű minták elemzésére is alkalmas, még magas hőmérsékleten is. Az LFA-módszer elsősorban a hővezető képességet (α) határozza meg, és a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség (ρ) és a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás (Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp) mellett a hővezető képességet (λ) a következő képlet segítségével számítja ki:
Az LFA-módszerben a minta elülső felületét egy lézer rövid energiaimpulzusával melegítjük. A minta hátoldalán bekövetkező hőmérsékletnövekedést ezután egy infravörös (IR) detektorral érzékeljük. Ezután matematikai modellek segítségével a hőmérséklet-emelkedés alapján kiszámítják a hővezető képességet.
A Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás is meghatározható, ha a mintát egy referenciamintával együtt elemzik. A Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás magas hőmérsékleten történő meghatározásának legelterjedtebb módszere a differenciális pásztázó kalorimetria (DSC). Az 5 mm átmérőjű és 1 mm vastagságú tipikus mintaméretek azonban nem reprezentatívak a tűzálló anyagok esetében.
Az LFA 707 StratoFlash®Classic large mintáinak felhasználásával, amelyek átmérője 25,4 mm, nem csak a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség, hanem a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás meghatározása is lehetséges egy reprezentatív mintán, az ASTM E 1461 szabvány szerinti összehasonlító módszerrel.
A mérési feltételeket az 1. táblázat részletezi.
Táblázat: Mérési feltételek
| Anyag | 2 tűzálló anyag MgO- és Al2O2-alapon(vastagság: kb. 3 mm) |
| Mintatartó | Ø 25,4 mm, grafit |
| Hőmérsékleti program | RT - 1400°C 2 fűtéssel |
| Minta mérete | Az anyagnak megfelelően, egy minta Ø 25,4 mm, vastagsága ~3 mm, síkpárhuzamos felületekkel |
| Bevonat | Grafit |
| Referencia a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp-hez | POCO grafit |
| Atmoszféra | Ar |
| Fűtési sebesség | 20 K/percig változó |
| Energia | 600 V; 600 μs |
Eredmények és vita
Az 1. ábra két tűzálló anyag (MgO- és Al2O3-alapú) Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitását mutatja szobahőmérséklettől 1400 °C-ig terjedő hőmérsékleten. A várakozásoknak megfelelően a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás a hőmérséklet emelkedésével nő. Az első és a második fűtési ciklus között nem látható jelentős különbség (±5%-on belül). Ez rávilágít a minta kémiai stabilitására (nincs Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás és/vagy kiáramlás a teljes hőmérséklettartományban).
A 2. ábra a két anyag Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét mutatja, amelyet a fent említett képlettel számoltunk ki. A fajlagos hőkapacitással ellentétben az első és a második fűtési ciklus között egyértelmű különbségek mutatkoznak. Ezek a különbségek valószínűleg a mintán belüli szerkezeti változásoknak (pl. szilárd-szilárd FázisátmenetekA fázisátalakulás (vagy fázisváltás) kifejezést leggyakrabban a szilárd, folyékony és gáz halmazállapotok közötti átmenetek leírására használják.fázisátmenetek és/vagy mikrorepedések kialakulása) tudhatók be.
Összefoglaló
Az LFA 707 StratoFlash®Classic ideális inhomogén anyagok, például tűzálló anyagok Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességének meghatározására, mivel hőmérséklettartománya 1600 °C-ig terjed, és akár 25,4 mm átmérőjű large minták befogadására is alkalmas. A készülék a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás reprezentatív meghatározására is alkalmas. Az így kapott Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség alapvető fontosságú a magas hőmérsékletű folyamatokhoz szükséges berendezések tervezéséhez és méretezéséhez.