07.09.2022 by Aileen Sammler
60 år av NETZSCH-Gerätebau: Laserblixtapparatens historia
Sedan början av året firar vi på NETZSCH-Gerätebau GmbH vårt 60-åriga företagsjubileum. Inom ramen för detta jubileumsår har vi varje månad presenterat ett annat av våra analysinstrument och belyst dess utveckling genom årtiondena. Vi kommer att ägna september månad åtLaser-/ljusblixtanalysatorer, förkortat LFA.
Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.Termisk konduktivitet och diffusivitet är bland de viktigaste termofysiska materialparametrarna för att beskriva värmetransportegenskaperna hos ett material eller en komponent. För exakt mätning av värmediffusivitet har Laser/Light Flash Apparatur (LFA) differentierat sig genom en mångfacetterad och exakt teknik: Framsidan av ett tunt, skivformat prov värms upp med en kort laser- eller ljuspuls. Med en infraröd detektor mäts det tidsmässiga förloppet av den resulterande temperaturökningen på provets baksida. Från detta förlopp kan den termiska diffusiviteten bestämmas.
Laser- eller blixtljusmetoden går tillbaka till studier av Parker et al. år 1961. Deras citat från den tiden belyser fördelarna med denna metod: "Metodens elegans ligger i att en mätning av termiska parametrar som normalt är omständlig - såsom absolut temperatur och/eller värmemängd - ersätts av en mer exakt, direkt och snabb mätning av tid och av den relativa temperaturökningen." [Parker et al (1961)]
Samarbetsavtal med Karlsruhe Nuclear Research Center
Mätning av den termiska diffusiviteten som en funktion av temperaturen blev allt viktigare redan på 1980-talet. Om man känner till värmediffusiviteten för ett material eller en komponent kan man beräkna värmeledningsförmågan, förutsatt att tjockleken och den specifika värmen är kända. Denna bestämning av värmeledningsförmågan, framför allt som funktion av temperaturen, var viktig eftersom det var den som först gjorde det möjligt att beräkna dimensioneringen av konstruktionssystem för datorer, reaktionskammare i kemisk produktion, flygplansmotorer, drivmekanismer osv. Även för metallgjutningstekniken spelar värmeledningsförmågan fortfarande en viktig roll.
Alla befintliga instrument var på den tiden öppna system, dvs. lasern stod fritt. Systemet var horisontellt placerat, så proverna måste föras in vertikalt. Skyddsutrymmen och laserglasögon var därför nödvändiga.
Det första slutna systemet kommer ut på marknaden
Så här gick det till: I oktober 1989 undertecknades ett samarbetsavtal mellan Karlsruhe Nuclear Research Center, LLC, "Technology Transfer" Coordination Department och NETZSCH-Gerätebau, om att tillsammans utveckla en ny apparat för bestämning av värmediffusivitet - en så kallad Laser Flash Apparatus. Institutet för materialforskning vid Nuclear Research Center hade kunskapen om denna mätteknik, i synnerhet inom området sensorer och lasrar, och NETZSCH-Gerätebau hade den nödvändiga kapaciteten när det gällde precisionsteknik, teknik för reglering, styrning och mätning samt ugnskonstruktion.
Denna samlade kunskap och 30 års erfarenhet resulterade i den första slutna laserflashapparaten, LFA 427, som släpptes på marknaden efter en kort treårig utvecklingstid, år 1992.
Den täckte ett temperaturområde från 20°C till 2000°C.
Hela instrumentet bestod i huvudsak av en provhållare, ett ugnsystem med en inre kammare som kunde evakueras, en laser som arbetade i pulsläge, ett temperaturgivarsystem och tillhörande elektronik för reglering, strömförsörjning och dataregistrering. En för sin tid snabb PC bearbetade data och gav en användbar grafisk beskrivning. LFA 427 var en briljant nyutveckling som först kom ut på världsmarknaden som ett helt slutet system och som än idag är mycket framgångsrik.
Från och med då var det möjligt att ställa upp apparaterna i laboratoriet utan att behöva vidta några skyddsåtgärder mot laserljus. Även provuppställningen förenklades avsevärt: Eftersom lasern nu var placerad vertikalt kunde provet helt enkelt läggas på, vilket också innebar mindre värmeförlust till fästet.
Ludwig Hagemann, idag 85 år ung, tog sig nyligen tid att aktivera en gammal bärbar DELL-dator med Windows ME 2000 och diskettenhet, och installerade Harvard Graphics 3.0 med CorelDRAW 4 och WORD 97 på den - för att återskapa de gamla LFA-broschyrfilerna. Hagemann var anställd från 1991 till 1999 som Application Specialist på NETZSCH, innan han gick i välförtjänt pension. LFA var hans "baby". Stort tack till Mr Hagemann, som har försett oss med ett mycket uppskattat historiskt material.
LFA i kärnteknisk forskning
Laser Flash Apparates har använts och används fortfarande inom områden som kärnforskning, eftersom kunskap om de termiska egenskaperna hos de material som används är en viktig säkerhetsfaktor.
Möten med LFA-användare
Åren 1995, 1997 och 1999 hölls de första LFA-användarmötena, där fältexperter träffade experter från NETZSCH för att diskutera applikationsexempel och den senaste utvecklingen samt bekanta sig med nya tillbehör. Dessa användarmöten leddes av vår dåvarande laboratoriechef, Dr. Jack Henderson.
Nästa vecka kommer du att få veta mer om utvecklingen av lågtemperaturlaserblitzapparaten, de nya produkterna NanoFlash och MicroFlash®® samt den första LFA med Xenon-ljuskälla till 1250°C. Håll ögonen öppna!