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高透明材料の熱伝導率の測定

はじめに

ガラスのような透明度の高い材料の熱伝導率を測定することは、いくつかの測定方法にとって難題です。レーザーフラッシュ分析(LFA)は、熱拡散率や熱伝導率を測定するために最も広く用いられている方法の一つです。LFA測定を実施するためには、材料が不透明であるか、あるいはそのように作られていなければなりません。このため、透明度の高い試料には特殊なコーティング技術が必要になります。

TCT 716 Lambda 装置を用いたガード付きヒートフローメーター(GHFM)測定法(ASTM E 1530)では、特別な前処理を行うことなく、このような試料の測定が可能です。TCT 716 Lambda は、-10~300℃の熱伝導率が低く、medium 、固体試料や硬い試料の測定が可能です。

熱伝導率が低く、極端な温度変化にも耐えるホウケイ酸ガラスは、パイレックス®のブランド名でも知られ、高い熱性能を必要とする多くの分野で不可欠な材料となっています。例えば、フラスコや試験管のような実験器具、医療技術における滅菌容器、ベーキング皿や計量カップのような台所用品などである。

測定条件

異なるメーカー(Aachner Quarzglas Technologie Heinrich GmbH & Co. KGおよびCorning Inc.)のホウケイ酸ガラスの2つの試料を、TCT 716 Lambda を使用して検査した。試料の直径は約51 mm、厚さはそれぞれ25.4 mmと12.7 mmで、2つの異なる場所(NETZSCH-Gerätebau GmbH, SelbおよびNETZSCH Instruments North America, LLC)のTCT 716 Lambda 測定装置を使用して検査した。

毎回の測定と同様に、試料とプレート間の接触熱抵抗を低減し、校正と整合させるため、試験前に試料にサーマルペーストを塗布した。その後、試料をそれぞれ-10℃から300℃まで、25℃から150℃まで測定した。

測定結果

図1に測定結果をまとめた。青色の三角形と緑色の円はTCT測定の結果を表しており、良好な一致を示しています。パイレックス®は、熱伝導率の基準材料としても国際的に知られています[1]。これらの値は図1の黒線で表されています。すべての測定結果は、文献値の±3%以内です。

ホウケイ酸ガラス(Pyrex®)の-10℃から300℃までの熱伝導率グラフ、試験結果と文献値の比較。
1)ホウケイ酸ガラス(パイレックス®)の-10℃~300℃の熱伝導率をTCT 716 Lambda 、文献値と比較した測定結果。

概要

高透明材料の測定は、試料の特別な前処理なしに、TCT 716 Lambda を使って簡単に行うことができ、文献値と良い一致を示している。

Literature

  1. [1]
    I.ウィリアムズ、R.E.ショーヤー熱伝導率標準パイレックスガラスパイレックスガラス熱伝導率標準物質の認証報告書。CCRM-039; 欧州委員会; ルクセンブルグ; 1991欧州共同体委員会;ルクセンブルグ;1991
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