Uzay Uygulamaları ve Sürdürülebilir Bina Projeleri için Termofizik

Österreichische Gießerei-Institut (ÖGI, Avusturya Döküm Enstitüsü), yaklaşık 40 çalışanı ile Avusturya döküm endüstrisinin ortak research enstitüsüdür. Döküm endüstrisindeki sorunları ele alır ve ilgili döküm süreçlerinde ve alaşımların dökümünde uygulamaya yönelik araştırmalarınarch yapıldığı kendi test dökümhanesini işletir. ÖGI ayrıca Avusturya'nın önde gelen test laboratuvarlarından biridir. Burada ÖGI, döküm ve metal teknolojisi endüstrisinin asıl çekirdek alanının çok ötesine geçmektedir. arc h ve test hizmetleri yelpazesi geniş bir uygulama yelpazesini kapsamaktadır: Döküm bileşenlerine ek olarak yapı malzemeleri endüstrisinden veya ilaçlardan numunelerin test edildiği X-ray ve bilgisayar tomografisi ile tahribatsız test; geniş bir malzeme yelpazesinin yanı sıra döküm süreçlerinin sayısal simülasyonu ve arıza analizi ile termofizik; ve hatta birleştirme / yüzey ve yapıştırma teknolojisi.

arcÜniversite dışı bir enstitü olan ÖGI, kimya laboratuvarı, mekanik laboratuvarı, fizik laboratuvarı ve metalografi faaliyet alanlarında Avusturya Akreditasyonu tarafından 26 test yöntemi için test laboratuvarı olarak akredite edilmiştir. Test laboratuvarı EN ISO/IEC 17025:2017 gerekliliklerine uygundur. Termofizik laboratuvar ında, 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 düşük sıcaklıklardan çok yüksek sıcaklıklara kadar belirlenmektedir. Veriler, herhangi bir malzeme geliştirme için büyük önem taşır, aynı zamanda sayısal simülasyonlar için girdi parametreleri olarak da hizmet eder. Bununla birlikte, termofizik laboratuvarındaki malzeme yelpazesi, öncelikle katı halde ve aynı zamanda sıvı halde karakterize edilen metalik alaşımlarla sınırlı değildir. Ayrıca döküm endüstrisinde kullanılan kum bazlı kalıplama malzemeleri, alçı ve çeşitli ahşaplar veya ahşap bazlı malzemeler gibi yapı malzemeleri, cam çeşitleri ve seramik malzemeleri de içerir.

Analitik cihazların güvenilirliğinin yanı sıra, NETZSCH-Gerätebau GmbH tarafından sağlanan mükemmel müşteri desteği, bu uzun süreli işbirliğinde belirleyici olmuştur. Yedek parçaların uzun vadeli bulunabilirliği, sistemlerin doğrudan Selb'deki NETZSCH-Gerätebau GmbH'de kapsamlı bakım seçeneği ile birlikte mükemmel ve her zaman mevcut yerinde servis kadar önemli olmuştur. Bu kombinasyon, ÖGI'nin ulusal ve uluslararası projeler arasındaki ikili işbirlikleri kapsamında müşterilerine ve ortaklarına zorlu malzemelerle geniş bir uygulama yelpazesi sunmasına olanak tanıyor.

Uzay Uygulamaları için Malzeme Analizi

Uzay uygulamalarına yönelik malzemeler de ÖGI'nin malzeme yelpazesinin önemli bir parçası haline gelmiştir. 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 yönetimi için yeniden giriş sırasında termal ve mekanik yükleme veya yanmanın sayısal simülasyonları gerçekleştirilmektedir. Gelişmiş tahmin kabiliyeti için, çok yüksek sıcaklıklara veya erimiş faza kadar geçerli malzeme verilerine ihtiyaç vardır.

ÖGI, çeşitli uluslararası araştırmaarch projelerinde ve işbirliklerinde temsil edilmiştir ve edilmektedir. Metalik alaşımlar, uydularda ve roket aşamalarında kullanılan karbon fiber takviyeli plastikler ve şişirilebilir ısı koruma kalkanları için katman kompozitleri olarak kullanılan seramik kumaşlar, aerojeller ve grafit köpükler dahil olmak üzere çok çeşitli malzemeler test edilmektedir.

Bununla birlikte, seramik kumaşlar ve grafit köpükler, uzay uygulamalarına yönelik malzemelerin karakterizasyonu için özellikle zordur. Belirtildiği gibi, bunlar Dünya ve gelecekteki Mars görevleri için şişirilebilir ısı koruma kalkanları (Gelişmiş Şişirilebilir Termal Koruma Sistemleri) için katman kompozitleri olarak kullanılmaktadır (Şekil 2). Malzemelerin özelliklerinin bilinmesi 1000°C'nin çok üzerindeki sıcaklıklar için gerekli olduğundan, sadece lazer flaş yöntemi kullanılabilir; bu yöntem, yüksek sıcaklık aralığında termal difüziviteyi belirleyebilen tek araçtır. Bu amaçla ÖGI'de NETZSCH tarafından üretilen iki adet LFA 427 sistemi kullanılmaktadır. Lazer flaş yönteminin avantajı sadece geniş sıcaklık aralığında değil, aynı zamanda farklı basınçlar ve gaz atmosferleri altında kumaşları ve grafit köpükleri 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 aerojelin her biri argon atmosferinde test edilmiştir. Şekil 3, grafit köpük için zaman içindeki ölçüm sinyalini (mavi) göstermektedir; şekil 4 ise aerojel için. İki malzemenin gözenekli yapısı nedeniyle lazer darbesi artık yüzeyde tamamen emilmemektedir. Lazer atımının gözenek yapısındaki emilimini hesaba katmak için her iki durumda da NETZSCH Proteus^® LFA yazılımının penetrasyon modeli kullanılmıştır. Parazitik ısı akışı etkilerini en aza indirmek için, eğri uydurma aralığının sonu (kırmızı) maksimumdan kısa bir süre sonra selected. Aerojel gibi kısmen radyolüsent malzemeler söz konusu olduğunda, başlangıç sinyali değerlendirmede dikkate alınmaz.

ÖGI'de uzay endüstrisinden gözenekli veya kısmen ayrışan malzemelerin ölçümünden elde edilen deneyimi başka bir uygulama alanında uzmanlık oluşturmak için kullanmak mümkün oldu: Gelecekteki sürdürülebilir inşaat projeleri için yapı malzemesi olarak ahşap bazlı malzemeler.

Sürdürülebilir Bina Projeleri için Ahşap Esaslı Malzemeler

Bir yapı malzemesi olarak ahşap, son yıllarda güçlü bir yükseliş yaşamıştır. Ahşabın_CO2 emisyonlarını azaltma, üretim sırasında düşük enerji tüketimi ve ayrıca ısı yalıtım özellikleri açısından olumlu özellikleri nedeniyle gelecekteki bina projelerindeki payı artmaya devam etmektedir. Bu bağlamda, ahşap bazlı malzemeler sadece müstakil evlerde değil, aynı zamanda çok katlı binalarda veya yüksek katlı inşaat projelerinde de giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bu da kentsel alanlarda sürdürülebilir yeniden yoğunlaşmaya olanak sağlamaktadır. Bununla birlikte, ahşap esaslı malzemelerin artan kullanımı, bir malzeme olarak ahşaba daha yüksek yangın koruma gereksinimleri de getirmektedir. Ahşap yapıların yangına dayanıklılığı kanıtlanmalıdır ve bugüne kadar bu, zaman alıcı ve yüksek maliyetli yangın testleri aracılığıyla yapılmıştır. Bu nedenle, uzay uygulamalarına yönelik malzemelerde olduğu gibi, bu durumda ahşap yapıların yangın davranışını tahmin etmek için sayısal simülasyonların uygulanmasına büyük ilgi vardır. Hesaplamalar için girdi verileri olarak, farklı durumlardaki ahşap malzemeler için termofiziksel veriler gereklidir: nemli ahşap, kuru ahşap ve 900°C'lik yüksek sıcaklık aralığına kadar pirolize olmuş malzeme için. Bunlar ÖGI'de NETZSCH-Gerätebau GmbH'nin analiz cihazları ile toplanmaktadır; bunun için diğerlerinin yanı sıra LFA 427 kullanılmaktadır.

Ahşap bazlı malzemelerin birkaç yüz derecelik yüksek sıcaklık aralığına kadar karakterizasyonunda, bir yandan ahşabın gözenekli karakteri, diğer yandan da LFA'da lazer shots ile olduğu gibi yüksek ısıya maruz kalma etkisi altında malzemenin ayrışması nedeniyle özel bir zorluk ortaya çıkmaktadır. Ahşabın Termal KararlılıkBir malzeme sıcaklığın etkisi altında ayrışmıyorsa termal olarak kararlıdır. Bir maddenin termal kararlılığını belirlemenin bir yolu TGA (termogravimetrik analizör) kullanmaktır. termal kararlılık sınırına kadar (pirolitik ayrışmanın başlangıcı) ölçümü için, hazırlanan numuneler bu nedenle uygun şekilde kaplanmalıdır. Bu amaçla, numunenin alt tarafındaki yapışkan bir bakır folyonun (yaklaşık 35 µm bakır folyo + 35 µm akrilat yapışkan) uygun bir kaplama olduğu kanıtlanmıştır. Ahşabın gözenekli karakteri nedeniyle, numunenin üst tarafındaki sıcaklık artışının gözenek boşluğundan tespit edilmesini önlemek için numunelerin üst tarafı da kaplanmalıdır. Bu amaçla, numuneler ince bir termal macun tabakası (yaklaşık 80 µm) ile kaplanmıştır (şematik şekil 5). Bununla birlikte, kaplama, çeşitli malzemelerin yanı sıra tüm numunenin kalınlığındaki artış nedeniyle ahşabın termal difüzivitesinin hesaplanmasını etkiler. Kaplamanın etkisini tahmin etmek için, benzer termal iletkenliğe sahip malzemelerle referans ölçümler gerçekleştirilmiştir; bunlar hem kaplamalı hem de kaplamasız olarak ölçülebilir. Şekil 6'da siyah Bakalit®'in ölçülen termal difüzivitesi gösterilmektedir. Numunenin ölçülen kalınlığına bağlı olarak, kaplama, yükselme süresindeki artış nedeniyle kaplamasız numuneye (mavi eğri) göre daha düşük bir termal difüziviteye (şekil 6'daki kırmızı eğri) yol açmaktadır. Numunenin tüm kalınlığının düzeltilmesiyle, malzemenin gerçek termal difüzivitesi yaklaşık olarak hesaplanabilir ve hafif sapma ölçüm belirsizliğinde başka bir terim olarak düşünülebilir. Kalınlık düzeltmesi, bu durumda NETZSCH-Proteus^® LFA yazılımına entegre edilen fonksiyonla doğrudan da gerçekleştirilebilir.

Pirolize olmuş malzemelerin termal difüzivitesinin ölçümü için bir kaplama gerekmez.arcBununla birlikte, ahşap veya odun kömürünün gözenekli karakteri nedeniyle, lazer atımı - grafit köpüklerde de görüldüğü gibi - artık yüzeyde tamamen emilmemektedir. Lazer atımının gözenek yapısındaki emilimini dikkate almak için pirolize numunelerde NETZSCH Proteus^® LFA yazılımının penetrasyon modeli kullanılır. Şekil 7'de bir charcoal numunesi için zaman içindeki ölçüm sinyali (mavi) ve penetrasyon modeli (kırmızı) kullanılarak yapılan fitting gösterilmektedir.

Bu makaleyi paylaşın: