27.11.2024 by Aileen Sammler
고온 계측기 성능: DSC, LFA, DIL의 조합이 더 깊은 통찰력을 제공하는 이유
화재, 압력, 시간 등 극한의 조건에서 재료의 성능을 테스트하는 세계에서는 강력한 도구 세트가 필요합니다. 35,000피트 상공으로 치솟는 제트기의 엔진 부품, 발전소의 단열재, 고온을 견디는 유리 및 세라믹 제품 등 소재는 까다로운 열 환경을 견뎌내야 합니다. 그리고 이러한 고성능 소재를 개발하려면 종합적인 열 분석이 필수적입니다.
고온 계측기 성능의 비밀
NETZSCH 에서는 재료의 고온 거동에 대한 전반적인 상황을 파악하려면 단일 테스트만으로는 부족하다는 것을 알고 있습니다. 그렇기 때문에 시차 주사 열량 측정(DSC), 레이저 플래시 분석(LFA) 및 팽창도 측정(DIL)을 결합할 수 있도록 도와드립니다. 이러한 방법을 함께 사용하면 재료가 에너지를 흡수하고 방출하는 방법부터 전도하는 방법, 온도에 따라 치수가 어떻게 변하는지에 이르기까지 재료가 열에 반응하는 방식을 360도로 파악할 수 있습니다.
이 세 가지 기술이 고온 애플리케이션용 재료를 설계, 테스트 또는 사용하는 모든 사람에게 유용한 이유는 다음과 같습니다.
DSC, LFA, DIL을 함께 사용하는 이유는 무엇인가요?
1. DSC: 열 전이를 밝히다
시차 주사 열량계(DSC)는 재료가 가열 또는 냉각될 때 열 흐름이 어떻게 변화하는지 측정합니다. 고온 애플리케이션의 경우 DSC는 상 전이 (예: 용융, 결정화 등), 반응 엔탈피 및 비열 용량에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. 예를 들면 다음과 같습니다:
- 상 전이: 용융 또는 결정화와 같은 상 변화를 밝혀냄으로써 DSC는 엔지니어가 열에 의해 재료가 안정성을 잃거나 특성을 변화시킬 수 있는 시기와 방법을 이해하는 데 도움을 줍니다.
- 비열 용량: 재료가 흡수하는 에너지의 양을 아는 것은 실제 응용 분야의 냉각 및 가열 요구 사항에 영향을 미치기 때문에 열 관리에 필수적입니다.
1000°C 이상의 온도에서 생존하고 성능을 발휘해야 하는 소재의 경우 이러한 인사이트는 기본입니다. 하지만 DSC만으로는 모든 것을 알 수 없습니다.
2. LFA: 열전달 효율 측정
DSC가 재료가 얼마나 많은 열을 흡수하거나 방출하는지 설명하는 반면, 레이저/광 플래시 분석(LFA)은 그 열이 얼마나 잘 전도되는지 조사합니다. 이는 전자제품, 엔진, 단열재 등 열 전달이 성능과 안전에 영향을 미치는 애플리케이션의 핵심입니다.
LFA 기법은 열 확산도 및 열 전도도 값을 제공하여 다음을 나타냅니다:
- 열 전달: 특정 금속과 같이 열전도율이 높은 재료는 빠른 열 방출에 이상적이며, 일부 세라믹 및 폴리머와 같이 전도율이 낮은 재료는 단열에 이상적입니다.
- 온도에 따른 동작: 많은 재료의 경우 온도에 따라 전도도가 변화하며, 이러한 현상을 파악하면 엔지니어가 일정한 열 환경과 변동하는 열 환경 모두에 대한 설계에 도움이 됩니다.
LFA 데이터는 열전도율의 변화와 일치하는 경우가 많기 때문에 상 전이에 대한 컨텍스트를 제공하기 위해 DSC와 함께 사용할 때 특히 유용합니다.
3. DIL: 치수 안정성 이해
팽창도 측정(DIL) 은 재료가 가열되거나 냉각될 때 팽창 또는 수축하는 방식을 측정하여 이 세 가지를 완성합니다. 이 열팽창 데이터는 다양한 온도 조건에 노출되는 부품을 설계하는 데 필수적입니다. 고온에서 치수 안정성을 유지하는 재료의 능력은 어셈블리에서의 적합성부터열 충격에 대한 저항성까지 모든 것에 영향을 미칩니다.
DIL 데이터로 확인할 수 있습니다:
- 열팽창 계수: 재료가 온도에 따라 얼마나 팽창하거나 수축하는지 알면 균열, 뒤틀림 또는 부품 고장과 같은 문제를 예방할 수 있습니다.
- 크리프 및 이완: 장시간 열에 노출된 소재는 변형(크리프)이 느려져 내구성이 저하될 수 있습니다.
이 데이터는 특히 전자 제품이나 다층 복합재와 같이 서로 다른 팽창 거동을 가진 재료를 결합하는 애플리케이션에서 설계자에게 매우 중요합니다.
세 가지 기술을 모두 함께 사용할 때의 이점
- 상호보완적인 고온 프로파일
DSC, LFA, DIL을 함께 사용하면 재료의 상호보완적인 고온 거동을 매핑할 수 있습니다. 예를 들어, DSC가 상 전이를 감지하는 동안 LFA는 그 변화가 열 확산도와 전도도에 영향을 미치는지 여부를 보여줄 수 있으며, DIL은 그 변화가 재료의 모양에 영향을 미치는지 여부를 확인할 수 있습니다. 이러한 결합된 접근 방식을 통해 엔지니어와 연구자들은 실제 조건에서 재료의 열 및 치수 안정성에 대한 심층적인 프로파일을 얻을 수 있습니다. - 설계 및 성능 최적화 향상
고성능 소재를 필요로 하는 산업은 고온에서의 열적 및 기계적 특성을 모두 파악하는 것이 유리합니다. DSC, LFA 및 DIL 데이터를 통합함으로써 기업은 공정을 최적화할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다:- 자동차 및 항공우주: 극한의 온도에 노출되는 부품은 내열성(DSC/TG/LFA)과 치수 안정성(DIL)을 모두 고려하여 설계할 수 있습니다.
- 발전 및 단열: 열 전도성 및 팽창을 특정 애플리케이션에 맞게 조정하면 열 관리가 더욱 효율적입니다.
- 제품 수명 및 안전성 향상
여러 열 측정에 걸쳐 소재의 반응을 특성화함으로써 DSC, LFA 및 DIL의 조합은 내구성과 신뢰성을 위한 사전 예방적 설계를 가능하게 합니다. 고온에 장시간 노출되어도 특성을 유지하도록 재료를 선택하거나 설계하여 재료 고장의 위험을 줄일 수 있습니다.
고온 분석에서 DSC, LFA 및 DIL의 실제 적용 사례
이러한 기술의 조합은 다음과 같은 분야에서 새로운 문을 열어줍니다
- 세라믹 및 유리: 열팽창과 안정성은 고온에서 높은 열 안정성(DSC/TG)과 낮은 전도도(LFA), 일정한 크기와 부피(DIL)가 요구되는 내화성 재료에서 매우 중요합니다.
- 금속 합금: 엔진이나 원자로에 금속을 사용하면 높은 열전도율(LFA)과 안정적인 상 거동(DSC), 응력 파괴를 방지하기 위한 제어된 팽창(DIL)의 조합을 통해 이점을 얻을 수 있습니다.
- 복합 재료: 전자 또는 항공우주 분야에 사용되는 소재는 회로 또는 조립 문제를 일으킬 수 있는 위상 변화(DSC) 또는 크기 변화(DIL) 없이 최적화된 열 방출(LFA)이 필요합니다.
결론 결론: 고온 재료 특성화의 미래
가장 혹독한 환경을 견뎌야 하는 재료의 경우 한 번의 테스트만으로는 충분하지 않습니다. DSC, LFA 및 DIL을 결합한 NETZSCH 은 고온 조건에서 재료의 거동에 대한 심층적인 통찰력을 제공하는 강력한 툴킷을 제공합니다. 이러한 조합은 기업과 학계가 현대 산업의 요구 사항을 충족하고 극한의 열 환경에서 가능한 한계를 뛰어넘는 더 안전하고 오래 지속되는 제품을 설계하는 데 도움이 됩니다.
이러한 기술과 이들이 함께 작동하는 방식을 이해하면 차세대 고성능 소재를 만드는 데 필수적인 단계인 소재 선택과 제품 설계에서 보다 현명하고 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.
자세히 알아보기 NETZSCH 고온 애플리케이션을 위한 분석 기기:
