Введение
Использование лазерных систем/световых вспышек (LFA) для определения теплопроводности хорошо известно - в частности, в области испытаний теплофизических свойств. Разработка новых материалов или электронных компонентов также сопровождается усовершенствованием традиционных систем LFA. Прибор LFA 467 HT HyperFlash был разработан с учетом требований, возникающих как в науке, так и в промышленности. Множество новых функций, таких как применение вспышек с температурой выше 1250°C, ZoomOptics , сверхбыстрая частота дискретизации (2 МГц), короткая длительность импульса (< 20 мкс) и др. - отвечают требованиям современных приложений, таких как тонкие и высокопроводящие материалы (тонкие пленки).
Кроме того, обычные системы LFA находят свое применение в самых разных лабораториях - от научно-исследовательских до контроля качества. Широкое использование этой техники требует дополнительных характеристик для решения вопросов практичности. Помимо высокой точности и занимаемой площади small, часто требуется высокая пропускная способность. Этого можно достичь с помощью автоматического устройства смены образцов, быстрой печи или их комбинации.
LFA 467 HyperFlash® предлагает такую комбинацию в виде четырех отдельных быстродействующих мини-печей для четырех образцов (рис. 2). Они расположены в виде квадрата на одном уровне и характеризуются превосходной стабилизацией. Каждая мини-печь имеет свою собственную термопару; такая конструкция обеспечивает однородное распределение температуры по всем образцам, что благоприятно для определения удельной теплоты (Удельная теплоемкость (cp)Теплоемкость - это специфическая для каждого материала физическая величина, определяемая количеством тепла, подведенного к образцу, деленным на полученное повышение температуры. Удельная теплоемкость относится к единице массы образца.cp). Кроме того, окружающее пространство охлаждается водой, а вся печная система имеет низкую тепловую массу. Сочетание этих особенностей не только гарантирует высокую пропускную способность образцов, но и является предпосылкой для сокращения времени измерений.
Условия и результаты измерений
- Образец: Пироцерам (Ø 12,7 мм; толщина 2,5 мм)
- Диапазон температур: 25°C → 1000°C → 30°C с шагом K
- Скорость нагрева: 50 K/мин (максимальная скорость нагрева)
- Атмосфера: Аргон
- Shots: 1 выстрел на каждый температурный шаг
- Критерии стабильности: 0.3 K/20 с
- ΔT: 3 K
Следующий пример демонстрирует преимущества LFA 467 HT HyperFlash по сравнению с системами LFA с обычной печью с воздушным охлаждением.
Сравнение на рисунке 3 наглядно показывает, что время стабилизации в высокоскоростной трубчатой мини-печи с водяным охлаждением почти в три раза быстрее. Это сопровождается более высокой пропускной способностью. За шесть часов LFA 467 HT HyperFlash® способна измерить 12 образцов (четыре образца одновременно) при температуре до 1000°C. Обычные системы LFA с воздушным охлаждением - даже те, которые имеют возможность larger ASC - с трудом достигают такой высокой пропускной способности из-за плохой стабилизации.
На рисунке 4 показано очень быстрое время стабилизации LFA 467 HT HyperFlash по сравнению с обычной системой. Применяя максимальную скорость нагрева 50 К/мин до первого температурного шага при 100°C, первый выстрел может быть произведен в течение 8 минут. В отличие от обычной печи с воздушным охлаждением, низкая тепловая масса системы из 4 минитрубок позволяет избежать перегрева и чрезвычайно сократить время стабилизации. Сравнение результатов термодиффузии, полученных в ходе измерений на Pyroceram при различных скоростях нагрева, демонстрирует высокую воспроизводимость результатов, даже при использовании максимальной скорости нагрева 50 К/мин (рис. 5).
Малое время стабилизации высокоскоростной 4-трубной печной системы и, как следствие, возможность применять LFA shots без перерывов позволяют проводить испытания очень быстро.ots На рис. 6 показаны результаты измерения температуропроводности в зависимости от времени. При скорости нагрева 50 К/мин измерения были завершены всего через 60 минут, в то время как при скорости нагрева 10 К/мин время испытаний увеличилось до 170 минут.
Заключение
Мини-печи LFA 467 HT HyperFlash отличаются превосходным временем стабилизации, что позволяет проводить измерения в ускоренном темпе. Таким образом, печи с 4 мини-трубками превращаются в высокоскоростную систему, которая может работать при самых высоких скоростях нагрева без потери воспроизводимости и точности. Высокая скорость тестирования даже обеспечивает более высокую производительность, чем в системах с автоматическими устройствами смены образцов для более чем 4 образцов.