Introdução
O molibdênio está disponível como um padrão de calor específico do NIST [1] há várias décadas, embora não haja muitas informações disponíveis sobre as propriedades, como expansão térmica, Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica e Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica. De acordo com a literatura [1, 2, 3, 4], o molibdênio puro não deve apresentar nenhuma mudança de fase até o Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão. No entanto, isso é crítico porque ele é sensível ao oxigênio em temperaturas elevadas. Devido à alta pressão de vapor dos óxidos de molibdênio, o material geralmente não altera as propriedades por causa da OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação da superfície. Os óxidos formados simplesmente evaporam da superfície. Todas essas propriedades especiais do molibdênio fazem dele uma substância razoável para um material padrão de múltiplas propriedades.
Experimental
A medição de diferentes propriedades termofísicas, como expansão térmica, mudança de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade, calor específico e Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, foi realizada em um material de molibdênio puro (99,99%). A dilatometria de haste (DIL) foi empregada para medir a expansão térmica e determinar a alteração da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade. A calorimetria de varredura diferencial (DSC) foi usada para medir o calor específico. A Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica foi determinada usando a técnica de flash a laser (LFA). Os resultados dos testes permitem uma visão detalhada do comportamento do material sob tratamento térmico e também foi possível determinar a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica. Foi feita uma comparação de todos os resultados dos testes com os dados disponíveis na literatura.
Os testes foram realizados em diferentes amostras preparadas a partir do bloco original e medidos entre -125°C e 1400°C. Portanto, foi possível avaliar esse material como um possível candidato a material padrão para diferentes propriedades termofísicas em uma ampla faixa de temperatura.
O molibdênio puro (99,99%) foi fornecido pela Plansee SE, Reutte, Áustria. Um bloco large, com 30 mm de diâmetro e 120 mm de comprimento, foi usado para a análise. A partir do bloco de cilindros, foram preparadas diferentes amostras para as várias técnicas de teste. Para cada método de medição, duas amostras foram preparadas e testadas de duas a três vezes. A Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica e a homogeneidade do material foram verificadas e a repetibilidade dos resultados do teste foi determinada.
Resultados do teste
A figura 1 apresenta os resultados de expansão térmica medidos para as duas diferentes amostras de molibdênio medidas duas vezes. A dispersão de dados entre as amostras e os diferentes experimentos está geralmente dentro de ±1,5%. Considerando a precisão e a repetibilidade do instrumento empregado, as influências dos efeitos de superfície e o impacto da evaporação de óxidos, a dispersão dos dados está em uma faixa aceitável. Os resultados não fornecem nenhuma indicação de heterogeneidades materiais ou alterações nos valores de expansão térmica entre as diferentes execuções de aquecimento.
A figura 2 mostra a Expansão volumétricaO volume de um gás, sólido ou líquido muda se a temperatura, a pressão ou as forças que atuam sobre esse gás/sólido/líquido mudarem. No caso da análise térmica, estamos analisando as alterações dependentes da temperatura.expansão volumétrica e a alteração da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade do molibdênio em relação à temperatura. A Expansão volumétricaO volume de um gás, sólido ou líquido muda se a temperatura, a pressão ou as forças que atuam sobre esse gás/sólido/líquido mudarem. No caso da análise térmica, estamos analisando as alterações dependentes da temperatura.expansão volumétrica foi determinada a partir da expansão térmica medida, assumindo um comportamento isotrópico do material e, portanto, o mesmo comportamento de expansão em todas as direções. O cálculo da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade foi baseado na Expansão volumétricaO volume de um gás, sólido ou líquido muda se a temperatura, a pressão ou as forças que atuam sobre esse gás/sólido/líquido mudarem. No caso da análise térmica, estamos analisando as alterações dependentes da temperatura.expansão volumétrica e na DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade aparente à temperatura ambiente de 10,216 g.cm-3. A DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade aparente à temperatura ambiente foi determinada a partir do bloco de amostra originalmente fornecido, medindo-se a massa e o volume.
A Figura 3 mostra os valores de calor específico medidos com o calorímetro de varredura diferencial. Novamente, ambas as amostras foram medidas duas vezes no forno de aço de baixa temperatura (-125°C a 300°C) e no forno de platina de alta temperatura (300°C a 1275°C). O desvio entre os resultados individuais foi de ±2,0% e, portanto, de longe dentro da incerteza declarada do instrumento empregado para os testes. Os valores mostram um forte aumento em relação à temperatura na faixa de baixa temperatura. Esse comportamento pode ser esperado de acordo com a conhecida teoria de Debye [5]. Em altas temperaturas, os valores aumentam de forma quase linear. Isso está em perfeita concordância com a física do estado sólido (Regra de Dulong e Petit, [5]). Nenhuma transição sobreposta ou outros efeitos térmicos foram detectados nessa faixa de temperatura, indicando claramente que não ocorre nenhuma mudança de fase no material entre -125°C e 1275°C. Isso atende à condição de material padrão, uma vez que não ocorrem mudanças estruturais na faixa de temperatura de interesse.
A Figura 4 mostra os resultados da medição da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica coletados dos diferentes dispositivos de flash usados nos testes. É possível observar claramente que a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica diminui em função da temperatura. A diminuição segue o comportamento T-1 abaixo de 600°C, resultando em uma diminuição quase linear em temperaturas mais altas. Esse comportamento é típico de materiais predominantemente condutores de fônons, como materiais de cerâmica ou grafite. Portanto, pode ser que a contribuição do elétron para a transferência de calor seja small para esse material metálico. A dispersão dos resultados da medição varia de execução para execução e de amostra para amostra e, em geral, está dentro de ±2%. Somente a 1.000°C, foi obtida uma dispersão ligeiramente maior (±3%). Uma possível explicação para isso pode ser a evaporação dos óxidos de molibdênio nessa faixa de temperatura, que influencia a emissividade das amostras e, portanto, a absorção da luz do laser e a emissão de luz infravermelha.
Na Figura 5, são apresentados os resultados da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica determinada pela multiplicação da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade medida, do calor específico e da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica. Os dados de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade abaixo da temperatura ambiente e o calor específico acima de 1275°C foram determinados por uma extrapolação linear dos dados medidos. Pode-se observar claramente que a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica segue a dependência da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica com relação à temperatura. Também foi feita uma comparação com os valores da literatura [6]. Assumindo 5% de precisão dos valores da literatura e 3% de incerteza dos valores baseados na medição, os resultados estão em muito boa concordância.
Conclusão
Várias propriedades termofísicas (expansão térmica, mudança de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade, calor específico, Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica) foram medidas em molibdênio de alta pureza. A comparação com os valores da literatura indicou a qualidade dos resultados da medição e a confiabilidade do material. Com base nos resultados dos testes, pode-se presumir que o molibdênio puro pode ser um candidato razoável para ser usado como material padrão até altas temperaturas acima de 1.200°C.libraEle pode ser usado como um padrão de ação para várias propriedades termofísicas. Seria interessante realizar mais testes em vários laboratórios e institutos de teste diferentes para comprovar a capacidade do material.