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不均質耐火物の熱伝導率 - LFAとホットワイヤー法の比較

はじめに

熱拡散率、比熱、熱伝導率などの熱物理特性は、粗セラミックスの製造と応用を最適化するために極めて重要なパラメータです。何十年もの間、このような特性は、定常法(例えば、ガード付きホットプレート法)や、ISO 8894(図1のTCT 426を参照)に従ったホットワイヤー法のような標準化された過渡法から決定されてきた。しかし、これらの方法は、large サンプルサイズと低い熱伝導率に制限される。さらに、これらの方法は非常に時間がかかる。

フラッシュ法は非接触の測定技術であり、高熱伝導率材料を難なく扱うことができます。さらに、フラッシュ法は熱拡散率を決定する絶対的な方法です。最新の装置(図2のLFA427を参照)では、材料の比熱も同時に測定できることが多いため、追加測定なしで熱伝導率を求めることができます。フラッシュ法は、small の寸法を持つ均質な試料に限定されるため、これらの方法は不均質な粗セラミックスの分析には使用されてきませんでした。しかし、最新の高感度システムを使用することで、より大きな試料の試験が可能になりました[1]。さらに、フラッシュ法では試験時間が速いため、レンガから採取したさまざまな試料の測定を、それ以上の労力をかけずに行うことができます。本書では、炭化ケイ素含有れんがとマグネシアスピネルれんがのレーザーフラッシュと熱線による測定結果を比較する。測定は、材料の均質性と方法の再現性を確認するために、同じ材料の複数のサンプル(small )に対して実施した。

1)NETZSCH TCT 426
2)NETZSCH LFA 427

テスト結果

図3は、LFA427とTCT426を用いたマグネシアスピネルれんが(図4)の熱伝導率測定結果を示しています。破線は、2つの異なる方法から得られたデータを組み合わせた平均値(エラーバー±10%)を示しています。LFAとTCTの独立した測定値のほとんどが、平均値から±10%の範囲内にあることがはっきりとわかる。これは、両システムの精度の高さを示している。

3)マグネシアスピネルれんがの熱伝導率;LFAとTCT試験結果の比較;TCT/LFA全結果の平均値の10%エラーバー。
4) マグネシアスピネルれんが(MgO 85%、Al2O3 12%)。TCT 426(左)とLFA 427(右)で測定。

さらに、異なるサンプル間の偏差は、マグネシアスピネルれんがの不均一性に起因する熱伝導率の可能な範囲を示している。炭化ケイ素含有れんが(図6)のLFAとTCT測定の同様の比較を図5に示す。ここでも、独立した測定値はすべて、2つの方法を組み合わせた平均データの±10%以内である。

5) 炭化ケイ素含有レンガの熱伝導率;LFAとTCTの結果の比較;TCT/LFAの全結果の平均値の10%エラーバー。
6) 炭化ケイ素含有レンガ(45% Al2O3、29% SiO2、25% Sic)をTCT 426(左)とLFA 427(右)で測定。

結論

レーザーフラッシュ法と熱線法という2つの異なる方法で得られた結果の良好な一致は、どちらの方法も高精度の耐火物分析に非常に適していることを明確に示している。しかし、NETZSCH モデルLFA 427にはいくつかの利点があります。試験結果は迅速かつ高精度で得られます。より多くのサンプルをより高いサンプルスループットで試験できるため、測定速度はsmall のサンプル寸法を補います。TCT測定は、サンプル寸法が大きく、安定化時間が長いため、非常に時間がかかります。しかし、ISO 8894に準拠した熱間ワイヤー法は、耐火物材料に高い需要があります。

Literature

  1. [1]
    J.Blumm, A. Lindemann: Coarse Ceramics Characterization of Thermophysical Properties Using the Transient Laser Flash Technique.J.G. Heinrich and and Aneziris, Proc 10th ECerS Conf., Göller Verlag, Baden-Baden,2007, 205-211, ISBN:3-87264-022.4