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不均質耐火物の熱伝導率-LFAと熱線法の比較

はじめに

熱拡散率、比熱、熱伝導率などの熱物性は、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 の試料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測定技術であり、高熱伝導率材料も問題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LFA 427 )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、同じ材料の複数の試料(small )に対して実施した。

NETZSCH TCT 426試験装置(オープンドア)。熱分析・試験用に積み重ねられた試験材料が展示されている。
1)NETZSCH TCT 426
NETZSCH LFA 427 熱伝導率測定用フラッシュアナライザーは、洗練されたデザインと高度な測定コントロールを特長としています。
2)NETZSCH LFA 427

テスト結果

図3は、マグネシアスピネルれんが(図4)の熱伝導率をLFA 427 とTCT 426を用いて測定した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。独立したLFAとTCTの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よくわかる。これは、両システムの精度の高さを示している。

様々な温度におけるマグネシアスピネルれんがの熱伝導率を比較したグラフ。LFAおよびTCT試験結果をエラーバー付きで示す。
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。
マグネシアスピネルレンガと3つのグラファイトコーティングLFA試料。
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。3つのLFA試料はグラファイトでコーティングされている。

さらに、異なる試料間の偏差は、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。

炭化ケイ素レンガの熱伝導率解析。温度に対するLFAとTCTの結果をエラーバー付きで示す。
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。
熱伝導率試験に使用した炭化ケイ素レンガと、グラファイトコーティングを施した3つのLFA試料。
6) 炭化ケイ素含有レンガ(45% Al2O3、29% SiO2、25% Sic)。TCT 426(左)とLFA 427 (右)で測定。3つのLFA試料はグラファイトでコーティングされている。

結論

レーザーフラッシュと熱線という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 らかに示している。しかし、NETZSCH モデルLFA 427 にはいくつかの利点がある。試験結果が迅速かつ高精度で得られる。より多くの試料をより高い試料処理能力で試験できるため、測定速度はsmall の試料寸法を補います。TCT測定は、試料寸法が大きく、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: Transient Laser Flash Technique を用いた粗セラミックスの熱物性評価.J.G. Heinrich and and Aneziris, Proc 10th ECerS Conf., Göller Verlag, Baden-Baden,2007, 205-211, ISBN:3-87264-022.4
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