소개
열전도도 λ와 함께 열확산도 a는 중요한 열물리학적 파라미터입니다. 정지 상태의 열 전달을 설명하는 열 전도도와 달리 열 확산도 α는 재료의 과도 열 전달에 대한 매개변수입니다. 열전도율을 계산하려면 비열 용량(비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp ) 및 밀도(ρ) 외에 열확산도(a)가 필요합니다:
비열 용량은 화학 성분에 따라 달라집니다. 밀도는 재료의 거시적 구조(예: 기공)의 함수입니다. 열 확산도는 거시 구조에 따라 달라지지만 부분적으로는 시료의 미세 구조에 따라 달라집니다.
다음에서는 구리 시료의 열 확산도를 입자 크기의 함수로 표시했습니다. 일반적으로 입자 크기가 작을수록(=입자 경계가 많을수록) 열확산도가 낮아집니다. 적층 제조를 통해 생산된 구리 샘플의 구조는 상대적으로 짧은 가열 및 빠른 냉각 주기로 인해 많은 small 입자와 이에 따른 많은 입자 경계가 특징입니다. 샘플을 템퍼링(1000°C에서 1시간)하면 입자가 훨씬 더 커지고 입자 경계가 줄어든 구조가 생성됩니다. 미세 구조의 비교는 그림 1에 나와 있습니다.
측정 조건
두 구리 샘플의 상온에서 열확산도를 측정하기 위해 LFA 467 HyperFlash® 을 사용했습니다. LFA 샘플의 직경은 12.7 mm, 두께는 3mm였습니다. 구리 샘플의 방출 및 흡수 특성을 개선하기 위해 측정 전에 샘플을 불투명하지는 않지만 흑연으로 가볍게 코팅했습니다.
측정 결과
결과는 표 1에 요약되어 있습니다. 116.88mm²/s의 강화된 샘플은 117mm²/s의 순수 구리의 문헌 값에 거의 근접한 열 확산성을 보였습니다[1]. 더 작은 입자의 미세 구조를 가진 적층 제조 직후의 구리 샘플은 108.97mm²/s로 상당히 낮은 열 확산도를 보여줍니다.
결론
LFA는 접촉 저항의 방해 없이 미세 구조의 변화로 인한 차이와 같은 small 차이도 안정적으로 해결할 수 있는 비접촉 측정 방법입니다.
인정
구리 샘플의 적층 제조 및 템퍼링에 도움을 주신 Infinite Flex GmbH와 현미경 사진을 제공해 주신 바이로이트 대학교 금속학과에 감사의 말씀을 전합니다.
표 1: 상온에서 구조가 다른 순수 구리의 열 확산도
| 샘플 | 열 확산도/mm²/s | 순수 구리의 문헌 값과의 편차 |
|---|---|---|
| 구리, 적층 제조 직후 | 108.97 | -6.8% |
| 구리, 템퍼링(1000°C에서 1시간) | 116.88 | -0.1% |