29.09.2022 by Aileen Sammler
a NETZSCH-Gerätebau 60 éve: LFA űrtechnikai alkalmazásokban
Szeptemberben minden a lézeres villanáselemzésről szól. Büszkén mutatjuk be régi ügyfelünk, az Osztrák Öntödei Intézet helyszíni beszámolóját. Olvassa el az Osztrák Öntödei Intézetben használatos LFA-ról - Termofizika az űralkalmazásokhoz.
Az LFA használatban az Osztrák Öntödei Intézetben
Az Österreichische Gießerei-Institut (ÖGI; Osztrák Öntödei Intézet) az osztrák öntödeipar közös kutatóintézete, amely mintegy 40 alkalmazottat foglalkoztat. Az intézet az öntödeipar és a fémtechnológiai ipar kérdéseivel foglalkozik. Kutatási kínálata magában foglalja a K+F-et, a műszaki tanácsadást, az anyagvizsgálatot, az anyag- és alkatrészvizsgálatot, az ipari számítógépes tomográfiát, a numerikus szimulációt és a szakképzést.
"Az ÖGI az EN ISO/IEC 17025 szabványnak megfelelően 26 vizsgálati módszer tekintetében akkreditált vizsgálóközpont. A termofizikai laboratóriumban olyan anyagparamétereket határoznak meg, mint 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, a hő tágulás és a hőkapacitás, egészen nagyon magas hőmérsékletig. Az adatok nagy jelentőséggel bírnak minden anyagfejlesztési alkalmazás szempontjából, de a számítógépes szimulációkhoz is alapvető bemeneti paraméterként szolgálnak.
A termofizikai laboratóriumban az anyagok köre azonban nem korlátozódik a szilárd és folyékony állapotban jellemzett fémötvözetekre. Ide tartoznak az öntödeiparban használt homokalapú öntőanyagok, építőanyagok, mint például a gipsz, különböző faanyagok vagy faalapú anyagok, üvegfajták és kerámiaanyagok.
Az anyagok ilyen széles skálájának lefedéséhez különösen megbízható mérőműszerekre van szükség. Ennek érdekében az ÖGI már évtizedek óta együttműködik a NETZSCH-Gerätebau céggel. Az ÖGI termofizikai laboratóriumának valamennyi műszere rendkívül hosszú, általában 20 évnyi használat során bizonyított. Ezek között van két LFA 427-es rendszer, az első 2003 óta, a második 2015 óta üzemel ott. A NETZSCH-Gerätebau rendszereinek további előnye a pótalkatrészek hosszú távú elérhetősége, valamint a kiváló és gyors reagálású szervizszolgáltatás.
Anyagok űrtechnikai alkalmazásokhoz
Az ÖGI anyagspektrumának fontos részévé váltak az űrtechnikai alkalmazásokhoz használt anyagok is. Az ÖGI számos nemzetközi kutatási projektben és együttműködésben vesz részt. Az anyagok széles skáláját vizsgálják, beleértve a műholdakban és rakétafokozatokban használt fémötvözeteket és szénszál-erősítésű műanyagokat. Minden héten több tonna elhagyott űreszközökből származó anyag kerül a Föld légkörébe. A problémát itt az ilyen űrhajótörmelékek ellenőrizetlen szétesése jelenti. A nemzetközi egyezmények ma már minden egyes új, alacsony Föld körüli pályára történő felszállásnál vagy ellenőrzött visszalépést, vagy az ellenőrizetlen lezuhanás kockázatának felmérését írják elő. A kockázatértékeléshez numerikus szimulációkat végeznek a visszatérés során fellépő termikus és mechanikai terhelésről vagy égésről. A jobb előrejelzési képességhez érvényes anyagadatokra van szükség egészen a nagyon magas hőmérsékletig vagy az olvadt fázisig. Az ÖGI jelentős mértékben hozzájárult ezen anyagok jellemzéséhez.
A kerámiaszövetek és a grafithabok jellemzése azonban különösen nagy kihívást jelent. Ezeket rétegkompozitokként használják felfújható hővédő pajzsokhoz (Advanced Inflatable Thermal Protection Systems) a földi és a jövőbeli Mars-küldetésekhez.
Mivel az anyagjellemzők ismerete jóval 1000°C feletti hőmérsékletekre is szükséges, csak a lézervillanásos módszer alkalmazható; ez az egyetlen olyan műszer, amely képes a magas hőmérsékleti tartományban is meghatározni a hővezető képességet. Az ÖGI-nél a NETZSCH-Gerätebau két LFA 427-es rendszerét használják erre a célra. A lézervillantásos módszer előnye nemcsak a széles hőmérsékleti tartományban rejlik, hanem abban is, hogy különböző nyomások és gázlégkörök mellett szövetek és grafithabok értékeit is meg lehet mérni.
A mérési módszertannak és az értékelésnek nem csak az olyan követelményekkel kell megbirkóznia, mint a megfelelő minták előállítása, a szövetek és grafithabok nehezen meghatározható vastagsága és a részleges inhomogenitás, hanem az anyagok porozitása által támasztott követelményekkel is. A következő példában egy grafithabot és egy aerogélt vizsgáltunk argon atmoszférában. A 3a) ábra a grafithab mérési jelét (kék) mutatja az idő függvényében; a 3b) ábra az aerogélét. A két anyag porózus szerkezete miatt a lézerimpulzus már nem nyelődik el teljesen a felületen. A lézerimpulzus pórusszerkezetben való elnyelődésének figyelembevételéhez a NETZSCH penetrációs modelljét kell alkalmazni Proteus®Ò LFA szoftver mindkét esetben alkalmazzuk. A parazita hőáramhatások minimalizálása érdekében a görbeillesztés tartományának egy végét (piros) röviddel a maximum után választottuk ki. A sugárzástól átlátszó anyagok, például aerogélek esetében a kezdeti jelet nem vesszük figyelembe az értékelés során.
A különböző szövetek és grafithabok termofizikai jellemzése mellett a termofizikai méréseket alkalmazással kapcsolatos vizsgálatokkal egészítik ki. A rétegelt kompozitok hőkapacitásának tesztelése érdekében ezeket az ÖGI tesztöntödéjében 1000 °C feletti hőmérsékleten hőterhelik, ahogyan azt a Marsra szálláskor tervezik. A termikus védőrétegek rendszerében az egyes rétegek közé termoelemeket építenek be. Egy rézolvadékkal töltött grafittégely segítségével a hővédő rétegek kompozitja hirtelen, kb. 1100°C-on hőterhelhető (4a. ábra)). A rétegek közötti hőmérsékleteket mérik, így meghatározható a rétegrendszeren keresztül történő hőáramlás. A környezettől való hőszigetelés érdekében a rétegrendszert a kísérlet során egy öntőformába helyezik, amely a rögzítést szolgáló kerámiakeretből és egy házon belüli 3D nyomtatóból származó, alacsony 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 képességű homokalapú öntőanyagból áll (4b. ábra)). A kísérletek mérési eredményei nagyon jó összhangban vannak azzal a numerikus szimulációval, amelyben az egyes hővédő rétegekre vonatkozó LFA-mérések eredményeit implementálták (5. ábra)."
Köszönet a Leobeni Osztrák Öntödei Intézetnek ezért a nagyon érdekes jelentésért.
Várjuk a további sikeres együttműködés további éveit!
