Bevezetés
A hővezetési tényező α meghatározása LFA segítségével a minta vastagságának d ismeretét igényli, mivel a hővezetési tényező arányos a vastagság négyzetével. Az olvadt fémek LFA-val történő méréséhez ezért biztosítani kell, hogy a minta vastagsága a mérés során ne változzon.
Az olvadt fémek számára SiC-ből készült mintatartó (max. 1250°C-ig) használható ilyen méréshez [1]. Ez egy zafírtégelyből áll, amelybe a fémet helyezik, és zafírfedéllel lezárják [1]. Néhány olvadt fémnek nagy a felületi vagy határfelületi feszültsége, γ, mint például a réznél a γCu (T=1058 °C)=1304 mN/m magas értéke [2]. Ez a magas felületi feszültség okozza, hogy a fémek Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás közben cseppeket képeznek (1. ábra). Ez megnövelheti a minta vastagságát (d0-róld1-re), ami nagyobb érintkezési szöget eredményez. Emiatt a fém esetleg már nem fedi le a zafírtégely teljes alját, ami miatt a fényimpulzus átvillan a mintán.
A nagyon nagy felületi feszültségű fémek mérésére a SiC-ből készült új mintatartó ideálisan alkalmas (2. ábra). A hagyományos mintatartóval ellentétben ennek a mintatartónak a SiC fedelét egy menet csavarja az aljához, amely biztosítja, hogy a zafír fedele ne mozdulhasson el. Ezáltal megakadályozható a fémolvadékban a cseppek képződése, így a tégely aljának meghatározott vastagsága és teljes nedvesítése érhető el a mintával.
Anyag és mérési feltételek
Az alkalmazott anyagokat és mérési paramétereket az 1. táblázat foglalja össze.
Táblázat: Anyag és mérési paraméterek
| Műszer | LFA 467 HT HyperFlash |
| A minta anyaga | Réz, tisztaság: 99,999% |
| Hőmérséklet-tartomány és mintatartó |
|
Eredmények és vita
Az új mintatartót egy rézminta mérésével tették próbára. Az új mintatartóban lévő rézmintát 25 °C-tól 1200 °C-ig mérték az olvadékban. A minta olvadása felismerhető a hődiffúziós képesség erőteljes csökkenéséből (3. ábra), és jól megfelel a réz olvadáspontjára (csúcshőmérsékletére) vonatkozó irodalmi értéknek, amely T=1083°C [3]. Összehasonlításképpen a rézmintát egy szabványos alumínium-oxidból készült mintatartóval (12,7 mm, kerek) mértük a 25°C és 800°C közötti hőmérséklet-tartományban az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás alatt (szürke rombuszok a 3. ábrán). A szabványos mintatartóval mért termikus diffúziós értékek, az irodalmi értékek (narancssárga háromszögek a 3. ábrán) és az új mintatartóval mért értékek közötti eltérés az olvadt fémek esetében minden mért hőmérsékleten kevesebb mint 3%.
Összefoglaló
Új, SiC-ből készült mintatartót fejlesztettek ki a szobahőmérséklettől 1250°C-ig terjedő hőmérséklet-tartományra; ez ideális az olvadt fémek mérésére. A csavarozható fedél biztosítja, hogy a minta vastagsága még az olvadékban sem változik, ami elengedhetetlen 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 pontos meghatározásához. A rézzel végzett mérések jó egyezést mutatnak a szabványos mintatartóval mért eredményekkel és az irodalmi értékekkel is.