La norme ASTM E1461 « Méthode d'essai normalisée pour la diffusivité thermique par la méthode Flash », élaborée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM), décrit une méthode d'essai permettant de déterminer la diffusivité thermique de matériaux solides homogènes et isotropes. Cette méthode permet de mesurer des valeurs de diffusivité thermique comprises entre 0,1 et 1 1000 mm² s⁻¹ à des températures allant d'environ 75 à 2 2800 K.
La norme ASTM E2585 relative à la diffusivité thermique par la méthode éclair complète cette méthode d'essai et fournit des informations détaillées sur son utilisation. Ces deux normes se complètent.
Cette méthode d’essai est une forme plus détaillée de la méthode d’essai standard ASTM C714 et est applicable à une gamme beaucoup plus large de matériaux, d’applications et de températures, et la précision de mesure est augmentée.
Cette méthode d'essai vise à prendre en compte une grande variété de conceptions de dispositifs. Il est difficile, pour une telle méthode, de spécifier des détails de construction et de procédure couvrant toutes les situations qui poseraient problème à une personne ne possédant pas les connaissances techniques requises, ou de limiter la recherche et le développement aux améliorations de la technique de base.
Cette méthode d'essai s'applique aux mesures effectuées sur des matériaux solides essentiellement denses (de préférence, mais une faible porosité est acceptable), homogènes et isotropes, opaques à l'impulsion d'énergie appliquée. L'expérience montre que certains écarts à ces règles strictes peuvent être corrigés grâce à une conception expérimentale rigoureuse et appropriée, ce qui peut accroître considérablement l'utilité de la méthode.
La diffusivité thermique est une propriété thermique transitoire importante requise à des fins telles que les applications de conception, la détermination de la température de fonctionnement sûre, le contrôle des processus et l'assurance qualité.
La méthode flash est utilisée pour mesurer la diffusivité thermique d'une grande variété de matériaux solides. Elle est particulièrement avantageuse grâce à la simplicité de la géométrie de l'échantillon, à sa petite taille, à sa rapidité de mesure et à sa simplicité d'utilisation.
Dans certaines conditions rigoureuses, la méthode quantitative permet de déterminer la capacité thermique massique d'un échantillon solide opaque, homogène et isotrope. Les résultats de diffusion thermique, ainsi que les valeurs correspondantes de capacité thermique massique et de masse volumique, permettent de déduire la conductivité thermique, souvent selon les relations données dans la norme.
Aux fins de la présente norme, la conductivité thermique d'un matériau solide est la vitesse de flux thermique constant à travers une unité d'épaisseur d'une plaque infinie de matériau homogène, perpendiculaire à la surface, résultant d'une différence de température unitaire. Cette propriété variant avec la température, elle doit être définie par une température moyenne spécifique. La diffusivité thermique d'un matériau solide est déterminée en divisant la conductivité thermique par le produit de sa masse volumique et de sa capacité thermique par unité de masse.
Lors de l'essai, un petit échantillon de disque mince est soumis à une impulsion d'énergie radiante de forte intensité et de courte durée. L'énergie de l'impulsion est absorbée par la face avant de l'échantillon, et l'augmentation de température de la face arrière qui en résulte (courbe thermique) est enregistrée. La valeur de la diffusivité thermique est calculée à partir de l'épaisseur de l'échantillon et du temps nécessaire pour que la température de la face arrière atteigne un pourcentage spécifié de sa valeur maximale. Si la diffusivité thermique de l'échantillon doit être déterminée sur une plage de températures spécifique, la mesure doit être répétée à chaque température pertinente. Cette méthode d'essai est décrite en détail dans plusieurs publications et articles de synthèse. Un résumé de la théorie est inclus dans l'annexe standard (Annexe X1).
L'échantillon typique est un disque circulaire mince dont la surface frontale est inférieure à celle du faisceau d'énergie. Les échantillons ont généralement un diamètre de 10 à 12,5 mm (dans des cas particuliers, des échantillons de 6 mm à 30 mm peuvent être utilisés). L'épaisseur optimale dépend de l'ampleur de la diffusion thermique estimée et doit être choisie de manière à ce que le temps nécessaire pour atteindre la moitié de la température maximale soit compris entre 10 et 1 000 ms. Des échantillons plus fins sont préférables à des températures plus élevées afin de minimiser les corrections de perte de chaleur, mais ils doivent toujours être suffisamment épais pour représenter le matériau d'essai. Les épaisseurs varient généralement de 1 à 6 mm.
Les échantillons doivent être préparés de manière à ce que leurs surfaces soient planes et parallèles à 0,5 % de leur épaisseur, afin de limiter l'erreur de diffusion thermique due à l'épaisseur moyenne mesurée à moins de 1 %. Les irrégularités (cratères, rayures, marques) doivent être évitées sur les deux surfaces.
Avant d'effectuer les mesures, il est recommandé d'appliquer une couche très fine et uniforme de graphite ou d'un autre matériau à haute émissivité sur les deux surfaces de l'échantillon à tester. Ce revêtement peut être appliqué par pulvérisation cathodique, peinture ou pulvérisation. Cela augmente la capacité de l'échantillon à absorber l'énergie appliquée, en particulier pour les matériaux hautement réfléchissants. Pour les matériaux transparents, il convient d'appliquer d'abord une couche d'or, d'argent ou d'autres matériaux opaques, puis le revêtement de graphite. Pour certains matériaux réfléchissants opaques, le sablage de la surface peut assurer une absorption des chocs et une émissivité suffisantes, notamment à haute température où les revêtements peuvent être instables ou réagir avec le matériau.
Les composants de base de l'appareil utilisé dans les tests sont la source flash, le porte-échantillon, l'enceinte environnementale (en option), le détecteur de température et l'enregistreur.
Notre organisation, forte de nombreuses années d'expérience et suivant attentivement les avancées scientifiques et technologiques mondiales, dispose d'une équipe qualifiée et d'une infrastructure complète pour réaliser des tests, des mesures et des analyses dans un large éventail de domaines pour des entreprises de tous secteurs. Dans ce contexte, nous proposons également des services de test conformes à la norme ASTM E1461, Méthode d'essai standardisée pour la diffusion thermique par méthode éclair.
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