A norma da Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) "Método de Teste Padrão ASTM E1225 para Condutividade Térmica de Sólidos Usando a Técnica de Fluxo de Calor Longitudinal Comparativo de Prova" descreve uma técnica em estado estacionário para determinar a condutividade térmica de sólidos opacos homogêneos. Este método de teste é válido para materiais com condutividades térmicas efetivas na faixa de 0,2 a 200 W/(m² K) na faixa de temperatura de 90 K a 1300 K. Fora dessas faixas, pode ser usado com menor precisão.
Para esta técnica, um sistema é homogêneo se a condutividade térmica aparente de uma amostra não variar em mais de mais ou menos 5 por cento com mudanças na espessura ou área da seção transversal. Para compósitos ou sistemas heterogêneos compostos de folhas ou placas unidas, a amostra deve ter mais de 20 unidades de largura e 20 unidades de espessura, respectivamente. Uma unidade é a espessura da folha ou placa mais espessa, de modo que mudanças de meia unidade em diâmetro ou comprimento afetam o valor da condutividade térmica aparente em menos de mais ou menos 5 por cento. Para sistemas que são não opacos ou parcialmente transparentes no infravermelho, o erro combinado devido à não homogeneidade e à transmitância de fótons deve ser menor que mais ou menos 5 por cento. Medições em sólidos altamente transparentes devem ser acompanhadas por informações sobre o coeficiente de absorção no infravermelho, ou os resultados devem ser relatados como condutividade térmica aparente.
Na ciência e engenharia de materiais, a condutividade térmica é uma propriedade crítica que determina a eficácia da transferência de calor de um material. Essa propriedade é essencial para o projeto de tudo, desde dissipadores de calor eficientes em eletrônicos até barreiras térmicas duráveis em componentes aeroespaciais. A ASTM fornece padrões rigorosos para garantir medições precisas e repetíveis. A ASTM E1225 fornece um método comparativo preciso para avaliar a condutividade térmica em materiais sólidos. Esta norma apoia avanços em materiais de alto desempenho.
Esta norma se concentra na medição da condutividade térmica de materiais sólidos homogêneos, expressa em watts por metro-kelvin, utilizando uma técnica de fluxo de calor comparativo em estado estacionário. Este método é particularmente adequado para materiais com condutividade térmica moderada a alta, como metais, ligas, cerâmicas, polímeros, refratários, carbonos, grafites e seus compósitos.
Este método minimiza as perdas de calor ao posicionar a amostra de teste entre materiais de referência em uma coluna de fluxo de calor controlado, garantindo uma transferência de calor uniforme ao longo de sua extensão. Essa técnica é ideal para temperaturas que variam da temperatura ambiente a 1300 °C, tornando-a versátil tanto para aplicações em temperatura ambiente quanto em altas temperaturas. Ao contrário dos métodos transientes (por exemplo, flash de laser), essa abordagem em estado estacionário fornece dados altamente precisos para projetos de engenharia e controle de qualidade. Esta norma exclui materiais com alta porosidade, anisotropia ou baixa condutividade, direcionando os usuários para métodos alternativos, como a norma ASTM C518 para espumas ou a norma ASTM E1461 para métodos de soldagem em plano transiente.
A essência da norma ASTM E1225 reside no dispositivo de fluxo de calor protegido que cria um gradiente de temperatura homogêneo. Ao configurar o dispositivo de teste,
Durante a preparação da amostra, espécimes cilíndricos ou retangulares (tipicamente de 25 a 50 mm de diâmetro e 50 a 150 mm de comprimento) são cortados do material, garantindo paralelismo e planicidade de superfície de 0,025 mm. A coluna é empilhada com referências, graxa térmica é aplicada às interfaces e calibrada usando materiais de referência padrão (por exemplo, quartzo ou metais rastreáveis pelo NIST).
Durante a medição, o calor é aplicado para atingir um gradiente estável na amostra. Temperaturas, aporte térmico e dimensões são registrados. O valor de k é calculado usando a Lei de Fourier. Além disso, a resistência de contato, a radiação e as instabilidades são corrigidas usando as equações fornecidas nesta norma. Ao relatar, os valores de k são incluídos nas temperaturas médias especificadas, incerteza (tipicamente mais/menos 3-5%) e condições ambientais.
A norma ASTM E1225 é amplamente utilizada em indústrias onde o gerenciamento térmico é crucial:
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