Giriş
Neodim alaşımları, modern yüksek performanslı uygulamalar için kilit öneme sahip malzemelerdir. Özellikle elektrik motorları, jeneratörler, rüzgâr türbinleri, sensörler ve sabit disklerde yüksek performanslı kalıcı mıknatısların temelini oluştururlar. Manyetik özelliklerin yanı sıra, neodim alaşımlarının termofiziksel özellikleri de belirleyici bir rol oynar. Yüksek güç yoğunluklarında ve artan çalışma sıcaklıklarında, Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite, özgül ısı kapasitesi ve Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik, bir malzemenin termal davranışını önemli ölçüde etkiler. Bu özellikler, verimli termal yönetim için, yerel aşırı ısınmayı önlemek ve uzun vadeli malzeme ve işlevsel kararlılığı sağlamak açısından hayati önem taşır.
Termal difüzyon katsayısı bilgisi, sıcaklık değişiminin malzeme içinde ne kadar hızlı yayıldığını tanımladığı için burada özellikle önemlidir. YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. Yoğunluk ve özgül ısı kapasitesi ile birleştirildiğinde, Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik bu değerden belirlenebilir; bu da termal yük altındaki bileşenlerin tasarımı için merkezi bir parametredir.
Yöntem ve Ölçüm Koşulları
Neodim alaşımının termofiziksel özellikleri, LFA 717 HyperFlash® HT. Lazer flaş analizi, termal iletkenliği ölçmek için en yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biridir ve yüksek hassasiyet ile kısa ölçüm süreleri ile karakterize edilir. Ölçüm sırasında, numunenin ön yüzeyi kısa bir enerji darbesi ile uyarılır ve arka yüzeyde meydana gelen sıcaklık artışı, kızılötesi dedektörle temas etmeden kaydedilir. Matematiksel eğri uydurma yöntemine dayalı olarak, ölçülen sinyalden Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite belirlenir.
Isıl difüzivitenin yanı sıra, özgül ısı kapasitesi de karşılaştırma yöntemine göre LFA ile belirlenmiştir. Bu amaçla, termofiziksel özellikleri bilinen bir bakır referans kullanılmıştır. Isıl difüzivite, özgül ısı kapasitesi ve YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk değerleri temel alınarak, daha sonra ısı iletkenliği hesaplanmıştır. Kesin ölçüm koşulları Tablo 1’de yer almaktadır.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Malzeme | Neodim alaşımı |
| Numune taşıyıcı | Ø 8 mm, SiC |
| Sıcaklık programı | Oda sıcaklığından 800°C'ye; 50 K aralıklarla |
| Numune boyutları | Ø 8 mm, kalınlık: 2,8 mm |
| Kaplama | Grafit |
| Özgül Isı Kapasitesi (cp)Isı kapasitesi, numuneye verilen ısı miktarının ortaya çıkan sıcaklık artışına bölünmesiyle belirlenen, malzemeye özgü fiziksel bir niceliktir. Özgül ısı kapasitesi, numunenin birim kütlesiyle ilişkilidir.cp için referans | Saf Cu |
| Atmosfer | Argon |
| Isıtma hızı | 10 K/dk |
| Darbe enerjisi | 250 V / 600 μs |
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 1, incelenen neodim alaşımının oda sıcaklığından (RT) 800°C’ye kadar olan aralığında Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite, özgül ısı kapasitesi ve Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik değerlerini göstermektedir. Sıcaklık arttıkça, tüm termofiziksel özellikler artış eğilimi göstermektedir. Ancak, yaklaşık 300°C ile 350°C aralığında, özgül ısı kapasitesi belirgin bir maksimum değer gösterirken, Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite aynı anda yerel bir minimum değer oluşturmaktadır. Bu birbiriyle ilişkili davranış, alaşımın Curie dönüşümüyle bağlantılı bir geçişi işaret etmektedir.
Her iki özellik de malzemedeki yapısal veya manyetik değişikliklere duyarlıdır ve ilgili sıcaklık aralığının net bir şekilde belirlenmesine olanak tanır.
Bununla birlikte, hesaplanan ısı iletkenliği belirgin bir geçiş zirvesi göstermez, ancak tüm ölçüm aralığı boyunca neredeyse kesintisiz bir şekilde artar. Bu davranış, artan özgül ısı kapasitesi ile azalan termal difüzivitenin zıt etkilerinin, ısı iletkenliğinin hesaplanmasında birbirlerini büyük ölçüde dengelemesinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, geçişin etkisi, doğrudan ölçülen tek tek parametrelere kıyasla termal iletkenlikte çok daha az belirgindir.
Sonuçlar, LFA kullanılarak Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite ve özgül ısı kapasitesinin birlikte belirlenmesiyle malzemelerin termofiziksel davranışının daha doğru bir şekilde değerlendirilebileceğini göstermektedir. Özellikle, Curie dönüşümüne yakın yerlerde meydana gelebilecekler gibi sıcaklığa bağlı anomaliler, tek tek parametreler temelinde güvenilir bir şekilde tespit edilebilir ve yorumlanabilir.
Özet
Bu yöntem, LFA 717 HyperFlash® HT yüksek sıcaklıklarda termal özelliklerin hassas bir şekilde karakterize edilmesini sağlar; özellikle termal difüzyon katsayısını belirlemek için temassız lazer flaş yöntemi kullanılır. Referans numuneler ve Density Determination ile birlikte kullanıldığında, özgül ısı kapasitesi ve Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik de güvenilir bir şekilde belirlenebilir.