60 Yıllık NETZSCH-Gerätebau: Uzay Uygulamaları için Kullanılan LFA

"ÖGI, EN ISO/IEC 17025 uyarınca 26 test yöntemi için test merkezi olarak akredite edilmiştir. Termofizik laboratuvarında 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, termal genleşme ve ısı kapasitesi gibi malzeme parametreleri çok yüksek sıcaklıklara kadar belirlenmektedir. Bu veriler herhangi bir malzeme geliştirme uygulaması için büyük önem taşımakla birlikte, bilgisayar simülasyonları için de temel girdi parametreleri olarak hizmet etmektedir.

Bununla birlikte, termofizik laboratuvarındaki malzeme yelpazesi katı ve sıvı halde karakterize edilen metalik alaşımlarla sınırlı değildir. Bunlar arasında döküm endüstrisinde kullanılan kum bazlı kalıplama malzemeleri, alçı gibi yapı malzemeleri, çeşitli ahşaplar veya ahşap bazlı malzemeler, cam çeşitleri ve seramik malzemeler yer almaktadır.

Bu kadar geniş bir malzeme yelpazesini kapsamanın ön koşullarından biri, özellikle güvenilir ölçüm cihazlarına sahip olmaktır. Bu amaçla ÖGI, on yıllardır NETZSCH-Gerätebau ile birlikte çalışmaktadır. ÖGI termofizik laboratuvarındaki tüm cihazlar, genellikle yaklaşık 20 yıl gibi olağanüstü uzun bir süre boyunca kullanılarak kendilerini kanıtlamıştır. Bunlar arasında ilki 2003'ten, ikincisi ise 2015'ten bu yana kullanılan iki LFA 427 sistemi de yer almaktadır. NETZSCH -Gerätebau sistemlerinin bir diğer avantajı da mükemmel ve hızlı yanıt veren servisle birlikte yedek parçaların uzun süreli bulunabilirliğidir.

Uzay Uygulamaları için Malzemeler

Uzay uygulamalarına yönelik malzemeler de ÖGI'nin malzeme yelpazesinin önemli bir parçası haline gelmiştir. ÖGI, çeşitli uluslararası araştırmaarch projelerinde ve işbirliklerinde yer almaktadır. Uydularda ve roket aşamalarında kullanılan metalik alaşımlar ve karbon fiber takviyeli plastikler de dahil olmak üzere geniş bir malzeme yelpazesi test edilmektedir. Her hafta, terk edilmiş uzay araçlarından birkaç ton malzeme Dünya atmosferine girmektedir. Buradaki sorun, bu tür uzay aracı enkazlarının kontrolsüz bir şekilde parçalanmasıdır. Uluslararası anlaşmalar artık alçak Dünya yörüngesine her yeni kalkış için ya kontrollü yeniden giriş ya da kontrolsüz çarpışmalar için risk değerlendirmesi gerektirmektedir. Risk değerlendirmesi için yeniden giriş sırasında termal ve mekanik yükleme veya yanmanın sayısal simülasyonları gerçekleştirilir. Gelişmiş tahmin kabiliyeti için, çok yüksek sıcaklıklara veya erimiş faza kadar geçerli malzeme verilerine ihtiyaç vardır. ÖGI, bu malzemelerin karakterizasyonuna önemli katkılarda bulunabilmiştir.

Bununla birlikte, seramik kumaşlar ve grafit köpüklerin karakterize edilmesi özellikle zordur. Bunlar, Dünya ve gelecekteki Mars görevleri için şişirilebilir ısı koruma kalkanları (Gelişmiş Şişirilebilir Termal Koruma Sistemleri) için katman kompozitleri olarak kullanılmaktadır.

Malzeme özelliklerinin bilinmesi 1000°C'nin çok üzerindeki sıcaklıklar için gerekli olduğundan, sadece lazer flaş yöntemi kullanılabilir; bu yöntem yüksek sıcaklık aralığında termal yayılımı belirleyebilen tek araçtır. Bunun için ÖGI'de NETZSCH-Gerätebau tarafından üretilen iki LFA 427 sistemi kullanılmaktadır. Lazer flaş yönteminin avantajı sadece geniş sıcaklık aralığında değil, aynı zamanda farklı basınçlar ve gaz atmosferleri altında kumaşlar ve grafit köpükler için değerleri ölçme yeteneğinde yatmaktadır.

Ölçüm metodolojisi ve değerlendirme, yalnızca uygun numunelerin üretimi, kumaşların ve grafit köpüklerin tanımlanması zor kalınlığı ve kısmi homojensizlik gibi konulardan değil, aynı zamanda malzemelerin gözenekliliğinden kaynaklanan talepleri de karşılamalıdır. Aşağıdaki örnekte, bir grafit köpük ve bir aerojel argon atmosferinde test edilmiştir. Şekil 3a) grafit köpük için zaman içindeki ölçüm sinyalini (mavi) göstermektedir; şekil 3b) aerojel için. İki malzemenin gözenekli yapısı nedeniyle lazer darbesi artık yüzeyde tamamen emilmemektedir. Lazer darbesinin gözenekli yapıdaki emilimini hesaba katmak için NETZSCH penetrasyon modeli Proteus^®Her iki durumda ^da LFA yazılımı kullanılmıştır. Parazitik ısı akışı etkilerini en aza indirmek için, eğri uydurma aralığının sonu (kırmızı) maksimumdan kısa bir süre sonra selected. Aerojeller gibi radyolüsent malzemeler söz konusu olduğunda, başlangıç sinyali değerlendirmede dikkate alınmaz.

Farklı kumaşların ve grafit köpüklerin termofiziksel karakterizasyonunun yanı sıra, termofiziksel ölçümler uygulama ile ilgili testlerle desteklenmektedir. Katmanlı kompozitlerin termal kapasitesini test etmek için, bunlar ÖGI test dökümhanesinde Mars'a iniş için planlandığı gibi 1000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda termal olarak zorlanmaktadır. Termal koruyucu katmanlardan oluşan bir sistemde, her bir katman arasına termokupllar entegre edilmiştir. Bakır eriyiği içeren bir grafit pota vasıtasıyla, termal koruyucu katmanların bileşimi daha sonra yaklaşık 1100°C'de aniden termal olarak yüklenebilir (şekil 4a)). Katmanlar arasındaki sıcaklıklar ölçülerek katman sistemi boyunca ısı akışı belirlenebilir. Ortamdan ısı yalıtımı için, katman sistemi deney sırasında sabitleme için seramik bir çerçeve ve kurum içi 3 boyutlu yazıcıdan alınan düşük ısı iletkenliğine sahip kum bazlı bir kalıp malzemesinden oluşan bir kalıba yerleştirilir (şekil 4b)). Deneylerin ölçüm sonuçları, her bir termal koruyucu katman için LFA ölçümlerinin sonuçlarının uygulandığı sayısal simülasyon ile çok iyi bir uyum içindedir (şekil 5)."

Bu çok ilginç rapor için Leoben'deki Avusturya Döküm Enstitüsü'ne çok teşekkürler.

Daha nice başarılı işbirliği yıllarını dört gözle bekliyoruz!

LFA 427 hakkında daha fazla bilgi edinin:

• 

  LFA 427