Thermische diffusie van metalen als functie van korrelgrootte

Inleiding

Samen met de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid, λ, is de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie, a, een belangrijke thermofysische parameter. In tegenstelling tot Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid, die de stationaire warmteoverdracht beschrijft, is Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie, α, een parameter voor de transiënte warmteoverdracht van een materiaal. Om de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid te berekenen, is de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie, a, nodig naast de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit, _{Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.cp}, en de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid, ρ:

λ = _{α-Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.cp-ρ}

De Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit is alleen afhankelijk van de chemische samenstelling. De DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid is een functie van de macroscopische structuur van een materiaal (bijvoorbeeld poriën). De Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie hangt af van de macrostructuur, maar ook gedeeltelijk van de microstructuur van een monster.

Hieronder wordt de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van een koperproefstuk weergegeven als functie van de korrelgrootte. In het algemeen geldt: hoe kleiner de korrelgrootte (= hoe meer korrelgrenzen), hoe lager de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie. De structuur van een kopermonster, geproduceerd door middel van additieve vervaardiging, wordt gekenmerkt door veel small korrels en dus veel korrelgrenzen, door de relatief korte verhittings- en snelle afkoelcycli. Temperen van het monster (1 uur bij 1000°C) levert een structuur op met aanzienlijk grotere korrels en dus minder korrelgrenzen. Een vergelijking van de microstructuren wordt weergegeven in figuur 1.

Meetomstandigheden

Meting van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie bij kamertemperatuur van de twee kopermonsters werd uitgevoerd met de LFA 467 HyperFlash^®. De LFA-monsters hadden een diameter van 12,7 mm en een dikte van 3 mm. De monsters werden voor de meting licht, maar niet dekkend, gecoat met grafiet om de emissie- en absorptie-eigenschappen van de kopermonsters te verbeteren.

Meetresultaten

De resultaten zijn samengevat in tabel 1. Het getemperde monster, met 116,88 mm²/s, vertoont bijna de literatuurwaarde van zuiver koper, met 117 mm²/s [1]. Het koperproefstuk direct na additieve vervaardiging, met een microstructuur met een kleinere korrel, vertoont een significant lagere warmtediffusie van 108,97 mm²/s.

Conclusie

LFA is een contactloze meetmethode die zelfs small verschillen betrouwbaar kan oplossen, zoals verschillen die worden veroorzaakt door een verandering in microstructuur, zonder de storende invloed van contactweerstanden.

Erkenning

We willen graag Infinite Flex GmbH bedanken voor de additieve productie en het temperen van de kopermonsters en de Universiteit van Bayreuth, afdeling Metalen, voor het beschikbaar stellen van de microfoto's.

Tabel 1: Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.Thermische diffusie van zuiver koper met verschillende structuren bij kamertemperatuur