Tane Boyutunun Bir Fonksiyonu Olarak Metallerin Termal Difüzivitesi

Giriş

Termal iletkenlik, λ ile birlikte, 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, a, önemli bir termofiziksel parametredir. Durağan ısı transferini tanımlayan termal iletkenliğin aksine, 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, α, bir malzemenin geçici ısı transferi için bir parametredir. Isıl iletkenliği hesaplamak için, özgül ısı kapasitesi, _{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} ve yoğunluğa, ρ, ek olarak ısıl yayılım, a, gereklidir:

λ = _{α-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-ρ}

Özgül ısı kapasitesi sadece kimyasal bileşime bağlıdır. YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. Yoğunluk, bir malzemenin makroskopik yapısının (örneğin gözenekler) bir fonksiyonudur. Termal difüzivite makro yapıya bağlıdır, ancak kısmen de bir numunenin mikro yapısına bağlıdır.

Aşağıda, bir bakır numunesinin termal difüzivitesi tane boyutunun bir fonksiyonu olarak gösterilmektedir. Kural olarak smalltane boyutu büyüdükçe (= tane sınırları arttıkça) ısıl yayılım da azalır. Katmanlı imalat yoluyla üretilen bir bakır numunenin yapısı, nispeten kısa ısıtma ve hızlı soğutma döngüleri nedeniyle birçok small tane ve dolayısıyla birçok tane sınırı ile karakterize edilir. Numunenin temperlenmesi (1000°C'de 1 saat) önemli ölçüde larger taneli ve dolayısıyla daha az tane sınırına sahip bir yapı ortaya çıkarır. Mikroyapıların bir karşılaştırması şekil 1'de gösterilmiştir.

Ölçüm Koşulları

İki bakır numunenin oda sıcaklığındaki 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 ölçümü LFA 467 HyperFlash^® ile gerçekleştirilmiştir. LFA numunelerinin çapı 12,7 mm ve kalınlığı 3 mm idi. Bakır numunelerin emisyon ve soğurma özelliklerini iyileştirmek için ölçümden önce numuneler hafifçe, ancak opak olmayan bir şekilde grafitle kaplanmıştır.

Ölçüm Sonuçları

Sonuçlar tablo 1'de özetlenmiştir. Temperlenmiş numune 116,88 mm²/s ile 117 mm²/s olan saf bakırın literatür değerine yakın bir değer sergilemektedir [1]. Katmanlı üretimden hemen sonra smaller-taneli bir mikro yapıya sahip bakır numune, 108,97 mm²/s ile önemli ölçüde daha düşük bir 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 göstermektedir.

Sonuç

LFA, temas dirençlerinin rahatsız edici etkisi olmaksızın, mikro yapıdaki değişikliklerden kaynaklananlar gibi small farklılıkları bile güvenilir bir şekilde çözebilen temassız bir ölçüm yöntemidir.

Teşekkür

Bakır numunelerin katkılı üretimi ve temperlenmesi için Infinite Flex GmbH'ye ve mikrografları sağlayan Bayreuth Üniversitesi Metal Bölümü'ne teşekkür ederiz.

Tablo 1: Farklı yapılara sahip saf bakırın oda sıcaklığındaki termal difüzivitesi