Inledning
Användningen av laser/ljusblixt-system (LFA) för bestämning av värmediffusivitet är väletablerad - särskilt inom området för testning av termofysikaliska egenskaper. Utvecklingen av nya material eller elektroniska komponenter åtföljs också av förbättringar av konventionella LFA-system. LFA 467 HT HyperFlash har utformats för att möta de krav som ställs av trender inom både vetenskap och industriella tillämpningar. En mängd nya funktioner - t.ex. flashapplikationer till över 1250°C, ZoomOptics , en ultrasnabb samplingsfrekvens (2 MHz), en kort pulsbredd (< 20 μs) osv. - tillgodose kraven för toppmoderna tillämpningar som tunna och mycket ledande material (tunna filmer).
Konventionella LFA-system används dessutom i alla typer av laboratorier, från forskning och utveckling till kvalitetssäkring. Omfattande användning av denna teknik kräver ytterligare egenskaper för att lösa praktiska problem. Förutom hög precision och ett small fotavtryck behövs ofta en hög provgenomströmning. Detta kan uppnås genom att använda en automatisk provväxlare eller en snabb ugn eller en kombination av båda.
LFA 467 HyperFlash® erbjuder en sådan kombination i form av fyra individuella snabbreagerande minirörsugnar för totalt fyra prover (bild 2). Dessa är arrangerade i en kvadrat på samma nivå och kännetecknas av överlägset stabiliseringsbeteende. Varje minirörsugn har sitt eget termoelement; denna design ger en homogen temperaturfördelning över alla prover, vilket är fördelaktigt för bestämning av den specifika värmen (Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp). Dessutom är det omgivande området vattenkylt och hela ugnssystemet har en låg termisk massa. Kombinationen av dessa specifika egenskaper garanterar inte bara hög provgenomströmning, utan är också en förutsättning för korta mättider.
Mätförhållanden och resultat
- Provbit: Pyroceram (Ø 12,7 mm; 2,5 mm tjock)
- T-intervall: 25°C → 1000°C → 30°C i steg om K
- Uppvärmningshastighet: 50 K/min (maximal uppvärmningshastighet)
- Atmosfär: Argon
- Skott: 1 skott per temperatursteg
- Stabilitetskriterier: 0.3 K/20 s
- ΔT: 3 K
Följande exempel visar fördelarna med LFA 467 HT HyperFlash jämfört med LFA-system med en konventionell luftkyld ugn.
Jämförelsen i figur 3 visar tydligt att stabiliseringstiden för den snabba minirörugnen med vattenkylning är nästan tre gånger snabbare. Detta går hand i hand med en högre provgenomströmning. Inom sex timmar kan LFA 467 HT HyperFlash® mäta 12 provkroppar (fyra provkroppar samtidigt) vid temperaturer på upp till 1000°C. Konventionella LFA-system med luftkylning - även de med större ASC-kapacitet - har svårt att uppnå så hög genomströmning på grund av dåligt stabiliseringsbeteende.
Figur 4 visar den mycket snabba stabiliseringstiden för LFA 467 HT HyperFlash jämfört med ett konventionellt system. Genom att använda den maximala uppvärmningshastigheten på 50 K/min upp till det första temperatursteget vid 100°C kan den första skottet utföras inom 8 minuter. I motsats till den konventionella ugnen med luftkylning ger den låga termiska massan hos 4-mini-rörugnssystemet ingen överhettning och en extremt kort stabiliseringstid. En jämförelse av resultaten för Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheten mm2/s) är en materialspecifik egenskap för att karakterisera instationär värmeledning. Detta värde beskriver hur snabbt ett material reagerar på en temperaturförändring.termisk diffusivitet som erhållits genom mätningar på Pyroceram vid olika uppvärmningshastigheter visar den höga reproducerbarhet som kan uppnås - även vid användning av den maximala uppvärmningshastigheten på 50 K/min (figur 5).
Den låga stabiliseringstiden för det snabba 4-minirörsugnssystemet och den resulterande möjligheten att applicera LFA-sprutorna utan avbrott möjliggör mycket snabba testtider. I figur 6 plottas resultaten för Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheten mm2/s) är en materialspecifik egenskap för att karakterisera instationär värmeledning. Detta värde beskriver hur snabbt ett material reagerar på en temperaturförändring.termisk diffusivitet mot tiden. Vid en uppvärmningshastighet på 50 K/min var mätningen klar efter endast 60 minuter - medan testtiden ökade till 170 minuter vid en uppvärmningshastighet på 10 K/min.
Slutsats
Minirörsugnarna i LFA 467 HT HyperFlash har utmärkt stabiliseringstid, vilket möjliggör mätningar i ett accelererat tempo. Detta gör 4-minirörsugnarna till ett höghastighetssystem som kan användas vid de högsta uppvärmningshastigheterna utan att reproducerbarheten och noggrannheten försämras. Den höga testhastigheten möjliggör till och med snabbare genomströmning än vad som är möjligt med system med automatiska provväxlare för fler än 4 prover.