在许多工业应用中,有关材料热物理特性和最终产品热流优化的信息变得越来越重要。近几十年来,闪射法已成为测定固体、粉末和液体的热扩散系数和导热系数的广泛使用的技术。
林赛斯 LFA L52 型激光闪射分析仪是一种测量导热系数、热扩散系数和比热容的有效方法,可同时测量多达三个、六个或十八个样品。多种不同的加热炉使得测量温度范围可从 -125 ℃ 到 2800 ℃。此外,还可选择配备用于第二个加热炉的转台。
激光闪射分析仪使用经过调制的激光束,该激光束聚焦在样品的下表面,以输入可控数量的热能。样品吸收激光脉冲后,热量便会透过样品层进行传递。在样品的上表面有一个聚焦透镜、一个可变光圈和一个基于二极管的红外探测器,用于监测传递的热量以及热波的传播时间。通过将文献中已知的模型应用于探测器的读数,就可以根据样品温度计算出样品的热扩散系数和导热系数。
类型 | LFA L52 | 类型 | LFA L52 2000 |
温度范围*: | -125 °C / -100 °C - 500 °C RT - 1250 °C RT - 1600 °C | 温度范围: | RT - 2800 °C |
脉冲源: | Nd:YAG 激光器,用户可更换 | 脉冲源: | Nd:YAG 激光器 25 J/pulse |
温升测量: | 通过 IR(InSb 或 MCT)检测器实现非接触式检测 | 温升测量: | 通过 IR(InSb 或 MCT)检测器实现非接触式测量 |
热扩散系数: | 0.01 - 2000 mm2/s | 热扩散系数: | 0.01 - 2000 mm2/s |
导热系数: | 0.1 - 3500 W/(m∙K) | 导热系数: | 0.1 - 4000 W/(m∙K) |
样品尺寸: | 圆形试样 6、10、12.7、25.4 mm 方形试样 10×10 或 20×20 mm | 样品尺寸: | Ø 6、10、12.7、25.4 mm |
样品厚度: | 0.1 mm - 6 mm | 样品厚度: | 0.1 mm - 6 mm |
自动进样器 | 3、6 或 18 样品自动进样器 | 自动进样器 | 3 样品自动进样器 |
样品仓: | 金属/SiC/石墨 | 样品仓: | 金属/SiC/石墨 |
气氛: | 惰性或还原性 | 气氛: | 惰性或还原性(推荐) |
数据采集 频率: | 2 MHz | 数据采集 频率: | 2 MHz |
接口: | USB | 接口: | USB |
加热速率: | 0.01 – 50 °C/min * | 加热速率: | 0.01 – 100 °C/min* |
*取决于所选的加热炉 |
Pyroceram 是康宁微晶玻璃品牌,在各种应用中用作标准材料,使用 LFA L52 对其进行测量,以证明热扩散系数的可重复性。从一块整体材料中切下了 18 个样品,总共进行了 18 次测量,每个样品都单独进行测量,结果显示,在高达 1250°C 的温度范围内,测量结果的波动范围在±1% 以内。
在本实例中,使用 LFA L52对一个石墨样品进行了分析。在室温至1600 ℃之间的几个温度下直接测量了热扩散系数。在同一测量中,使用放置在第二个样品位置的已知石墨标准样品作为参考来测定比热容。热扩散系数、比热容与密度的乘积得出相应的导热系数。
结果表明,随着温度升高,导热系数呈典型的线性下降趋势,热扩散系数在 500 ℃以上呈现出平稳状态,比热容随温度略有增加。
使用银标准样品研究了导热系数测量准确度与样品厚度之间的关系。为了了解对于激光闪射法而言哪种样品厚度最为理想,在室温下对不同厚度的银样品进行了测量。导热系数是由热扩散系数、密度和比热容计算得出的。
图表显示,随着直径变小,测量值与文献值之间的偏差以指数形式增大,准确数值的极限大约在 200 μm左右,低于这个 “界限” 时,测量值会有极大的差异。然而,这不仅是由于该方法的局限性,还因为薄膜与块状材料表现出不同的特性,对于薄膜的特性,可以使用薄膜激光闪射法(THIN FILM LFA)或其他薄膜技术来进行研究。