يصف معيار "ASTM E1461" الخاص بطريقة الاختبار القياسية للانتشار الحراري بالوميض، والذي وضعته الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM)، طريقة اختبار تتضمن بشكل أساسي تحديد الانتشار الحراري للمواد الصلبة المتجانسة والمتساوية الخواص. ويمكن قياس قيم الانتشار الحراري في نطاق 0,1 إلى 1000 مم² ثانية⁻¹ باستخدام هذه الطريقة عند درجات حرارة تتراوح من 75 إلى 2800 كلفن تقريبًا.
يُعدّ معيار ASTM E2585 "ممارسة معيارية للانتشار الحراري بطريقة الوميض" مُكمّلاً لطريقة الاختبار هذه، ويُقدّم معلومات مُفصّلة حول استخدام طريقة الوميض. ويتكامل هذان المعياران.
تعتبر طريقة الاختبار هذه شكلاً أكثر تفصيلاً لطريقة الاختبار القياسية ASTM C714 ويمكن تطبيقها على نطاق أوسع بكثير من المواد والتطبيقات ودرجات الحرارة، كما تزيد من دقة القياس.
تهدف طريقة الاختبار هذه إلى إتاحة مجموعة واسعة من تصاميم الأجهزة. من غير العملي أن تحدد هذه الطريقة تفاصيل البناء والإجراءات التي تغطي جميع الحالات التي قد تشكل تحديًا لمن يفتقر إلى المعرفة التقنية ذات الصلة، أو أن تقتصر الأبحاث والتطوير على تحسينات في التقنية الأساسية.
تُطبَّق طريقة الاختبار هذه على القياسات التي تُجرى على مواد صلبة متجانسة، كثيفة تمامًا (يُفضَّل ذلك، مع مراعاة انخفاض المسامية)، ومتساوية الخواص، ومعتمة لنبضة الطاقة المُطبَّقة. تُشير التجربة إلى إمكانية استيعاب بعض الانحرافات عن هذه القواعد الصارمة من خلال تصميم تجريبي دقيق ومناسب، مما يُعزِّز فائدة هذه الطريقة بشكل كبير.
الانتشار الحراري هو خاصية حرارية مؤقتة مهمة مطلوبة لأغراض مثل تطبيقات التصميم وتحديد درجة حرارة التشغيل الآمنة والتحكم في العملية وضمان الجودة.
تُستخدم طريقة الوميض لقياس الانتشار الحراري لمجموعة واسعة من المواد الصلبة. وتتميّز هذه الطريقة ببساطتها الهندسية، وصغر حجم العينة المطلوب، وسرعة قياسها، وسهولة استخدامها.
في ظل ظروف صارمة، وعند استخدام هذه الطريقة كميًا، يُمكن تحديد السعة الحرارية النوعية لعينة صلبة متجانسة، متساوية الخواص، ومعتمة. ويمكن استخدام نتائج الانتشار الحراري، إلى جانب القيم المقابلة للسعة الحرارية النوعية والكثافة، لاستنتاج الموصلية الحرارية، وذلك في كثير من الحالات وفقًا للعلاقات الواردة في المعيار.
لأغراض هذه المواصفة، تُعرّف الموصلية الحرارية للمواد الصلبة بأنها المعدل الزمني لتدفق الحرارة المستمر عبر سمك وحدة من صفيحة لا نهائية من مادة متجانسة، عمودية على السطح، نتيجةً لاختلاف درجة الحرارة وحدة. ولأن هذه الخاصية تتغير بتغير درجة الحرارة، فيجب تعريفها بمتوسط درجة حرارة محدد. يُحدد الانتشار الحراري للمواد الصلبة بقسمة الموصلية الحرارية على حاصل ضرب كثافتها وسعتها الحرارية لكل وحدة كتلة.
أثناء الاختبار، تُعرَّض عينة قرصية صغيرة ورقيقة لنبضة طاقة إشعاعية عالية الكثافة وقصيرة المدة. تُمتص طاقة النبضة عند السطح الأمامي للعينة، ويُسجَّل ارتفاع درجة حرارة السطح الخلفي الناتج (المنحنى الحراري). تُحسب قيمة الانتشار الحراري من سُمك العينة والوقت اللازم لارتفاع درجة حرارة السطح الخلفي للوصول إلى نسبة مئوية محددة من أقصى قيمة لها. لتحديد الانتشار الحراري للعينة ضمن نطاق درجة حرارة محدد، يجب تكرار القياس عند كل درجة حرارة مُناسبة. وُصفت طريقة الاختبار هذه بالتفصيل في عدد من المنشورات والمقالات المرجعية. ويرد ملخص للنظرية في الملحق القياسي (الملحق X1).
العينة النموذجية عبارة عن قرص دائري رقيق، مساحة سطحه الأمامي أصغر من مساحة حزمة الطاقة. يتراوح قطر العينات عادةً بين 10 و12,5 مم (في حالات خاصة، يمكن استخدام عينات صغيرة تصل إلى 6 مم وكبيرة تصل إلى 30 مم). يعتمد السُمك الأمثل على مقدار الانتشار الحراري المُقدّر، ويجب اختياره بحيث يتراوح زمن الوصول إلى نصف درجة الحرارة القصوى بين 10 و1000 مللي ثانية. تُفضّل العينات الأرق عند درجات الحرارة العالية لتقليل تصحيحات فقدان الحرارة، ولكن يجب أن تكون العينات دائمًا سميكة بما يكفي لتمثيل مادة الاختبار. تتراوح السُمك عادةً بين 1 و6 مم.
يجب تحضير العينات بحيث تكون أسطحها مستوية ومتوازية، في حدود ٠.٥٪ من سمكها، وذلك للحفاظ على خطأ الانتشار الحراري الناتج عن متوسط السمك المقاس أقل من ١٪. يجب تجنب أي تفاوتات (حفر، خدوش، علامات) على كلا السطحين.
قبل إجراء القياسات، يُنصح بوضع طبقة رقيقة جدًا وموحدة من الجرافيت أو أي مادة أخرى عالية الانبعاثية على سطحي العينة المراد اختبارها. يمكن تطبيق هذه الطبقة بطرق مثل الرش بالرش، أو الطلاء، أو الرش. هذا يزيد من قدرة العينة على امتصاص الطاقة المطبقة، خاصةً للمواد شديدة الانعكاس. بالنسبة للمواد الشفافة، يجب وضع طبقة من الذهب أو الفضة أو مواد معتمة أخرى أولًا، ثم طبقة الجرافيت. بالنسبة لبعض المواد العاكسة المعتمة، يمكن أن يوفر السفع الرملي للسطح امتصاصًا كافيًا للصدمات وانبعاثًا، خاصةً في درجات الحرارة العالية حيث قد تكون الطلاءات غير مستقرة أو تتفاعل مع المادة.
المكونات الأساسية للجهاز المستخدم في الاختبارات هي مصدر الفلاش، وحامل العينة، والسياج البيئي (اختياري)، وكاشف درجة الحرارة، وجهاز التسجيل.
مؤسستنا، التي تعمل منذ سنوات عديدة وتتابع بدقة التطورات العالمية في العلوم والتكنولوجيا، توظف فريقًا ماهرًا وبنية تحتية شاملة لإجراء الاختبارات والقياسات والتحليلات في مجموعة واسعة من المجالات للشركات في جميع القطاعات. وفي هذا السياق، نقدم أيضًا خدمات الاختبار وفقًا لمعيار ASTM E1461 لطريقة الاختبار القياسية للانتشار الحراري بطريقة الوميض.
يمكنك أن تطلب منا ملء النموذج الخاص بنا للحصول على موعد ، أو للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً أو لطلب تقييم.
