ASTM E1225 Tepelná vodivosť pevných látok s použitím techniky porovnávacieho pozdĺžneho tepelného toku

Norma Americkej spoločnosti pre testovanie a materiály (ASTM) s názvom „ASTM E1225 Štandardná skúšobná metóda pre tepelnú vodivosť pevných látok s použitím techniky porovnávania a pozdĺžneho tepelného toku“ opisuje techniku ​​ustáleného stavu na stanovenie tepelnej vodivosti homogénnych nepriehľadných pevných látok. Táto skúšobná metóda je platná pre materiály s efektívnou tepelnou vodivosťou v rozsahu 0,2 až 200 W/(m K) v teplotnom rozsahu 90 K až 1300 K. Mimo týchto rozsahov sa môže použiť s menšou presnosťou.

Pri tejto technike je systém homogénny, ak sa zdanlivá tepelná vodivosť vzorky nemení o viac ako plus alebo mínus 5 percent so zmenami hrúbky alebo plochy prierezu. V prípade kompozitov alebo heterogénnych systémov zložených z plechov alebo dosiek spojených dohromady by mala mať vzorka šírku viac ako 20 jednotiek a hrúbku 20 jednotiek. Jedna jednotka je hrúbka najhrubšieho plechu alebo dosky, takže zmeny priemeru alebo dĺžky o polovicu jednotky ovplyvňujú hodnotu zdanlivej tepelnej vodivosti o menej ako plus alebo mínus 5 percent. V prípade systémov, ktoré sú nepriehľadné alebo čiastočne priehľadné v infračervenej oblasti, by kombinovaná chyba spôsobená nehomogenitou a priepustnosťou fotónov mala byť menšia ako plus alebo mínus 5 percent. Merania na vysoko priehľadných pevných látkach by mali byť sprevádzané informáciami o koeficiente absorpcie v infračervenej oblasti alebo by sa výsledky mali uvádzať ako zdanlivá tepelná vodivosť.

V materiálovej vede a inžinierstve je tepelná vodivosť kritickou vlastnosťou, ktorá určuje, ako efektívne dokáže materiál prenášať teplo. Táto vlastnosť je nevyhnutná pre návrh všetkého od účinných chladičov v elektronike až po odolné tepelné bariéry v leteckých a kozmických komponentoch. Norma ASTM poskytuje prísne normy na zabezpečenie presných a opakovateľných meraní. Norma ASTM E1225 poskytuje presnú porovnávaciu metódu na hodnotenie tepelnej vodivosti v pevných materiáloch. Táto norma podporuje pokrok vo vysokovýkonných materiáloch.

Táto norma sa zameriava na meranie tepelnej vodivosti homogénnych pevných materiálov, vyjadrenej vo wattoch na meter kelvin, pomocou techniky porovnávacieho tepelného toku v ustálenom stave. Táto metóda je vhodná najmä pre materiály so strednou až vysokou tepelnou vodivosťou, ako sú kovy, zliatiny, keramika, polyméry, žiaruvzdorné materiály, uhlíky, grafity a ich kompozity.

Táto metóda minimalizuje tepelné straty umiestnením testovanej vzorky medzi referenčné materiály v stĺpci s riadeným tepelným tokom, čím sa zabezpečí rovnomerný prenos tepla pozdĺž jej dĺžky. Táto technika je ideálna pre teploty od okolitej teploty do 1300 °C, vďaka čomu je všestranná pre aplikácie pri izbovej teplote aj pri vysokých teplotách. Na rozdiel od prechodných metód (napr. laserový záblesk) poskytuje tento prístup v ustálenom stave vysoko presné údaje pre technický návrh a kontrolu kvality. Táto norma vylučuje materiály s vysokou pórovitosťou, anizotropiou alebo nízkou vodivosťou a smeruje používateľov k alternatívnym metódam, ako je ASTM C518 pre peny alebo ASTM E1461 pre prechodné metódy rovinného zvárania.

Podstata normy ASTM E1225 spočíva v chránenom zariadení na meranie tepelného toku, ktoré vytvára homogénny teplotný gradient. Pri nastavovaní testovacieho zariadenia...

• Nastavenie kolóny: Centrálny merač tepla (testovaná vzorka) je obklopený horným a dolným referenčným materiálom so známou vodivosťou. Kolónu obklopujú tienené časti, ktoré zabraňujú stratám tepla žiarením.
• Vykurovanie a chladenie: Elektrický ohrievač v hornej časti vytvára konštantný tepelný tok, zatiaľ čo studená nádrž udržiava spodnú časť na nižšej teplote. Termočlánky alebo odporové teplomery monitorujú teploty vo viacerých bodoch.
• Ochranný mechanizmus: Pomocné ohrievače v ochranných systémoch sa prispôsobujú teplotnému profilu stĺpca a zabezpečujú iba pozdĺžny (axiálny) tepelný tok.

Počas prípravy vzorky sa z materiálu vyrežú valcové alebo obdĺžnikové vzorky (zvyčajne s priemerom 25 – 50 mm a dĺžkou 50 – 150 mm), čím sa zabezpečí rovnobežnosť a rovinnosť povrchu 0,025 mm. Kolóna sa naplní referenciami, na rozhrania sa nanesie teplovodivá pasta a vzorky sa kalibrujú pomocou štandardných referenčných materiálov (napr. kremeň alebo kovy spĺňajúce normy NIST).

Počas merania sa na dosiahnutie ustáleného gradientu v celej vzorke aplikuje teplo. Zaznamenávajú sa teploty, tepelný príkon a rozmery. Hodnota k sa vypočíta pomocou Fourierovej normy. Okrem toho sa kontaktný odpor, žiarenie a nestability korigujú pomocou rovníc uvedených v tejto norme. Pri uvádzaní údajov sa hodnoty k zahŕňajú pri špecifikovaných priemerných teplotách, neistote (zvyčajne plus/mínus 3 – 5 percent) a podmienkach prostredia.

Norma ASTM E1225 sa široko používa v odvetviach, kde je tepelný manažment kľúčový:

• Elektronika a polovodiče: Meria tepelnú vodivosť rozvádzačov tepla, materiálov tepelného rozhrania a substrátov s cieľom optimalizovať chladenie procesorov a LED diód, znížiť výskyt horúcich miest a predĺžiť životnosť zariadení.
• Letecký a automobilový priemysel: Podporuje ľahké konštrukcie, ktoré odolávajú extrémnym teplotám, a to vyhodnocovaním kompozitov a zliatin pre lopatky turbín, batériové bloky elektrických vozidiel a výmenníky tepla.
• Energia a stavebníctvo: Pomáha zabezpečiť energeticky účinné systémy a súlad s predpismi hodnotením žiaruvzdorných materiálov v peciach a izolácie v obvodových plášťoch budov.
• Výskum a výroba: Zabezpečuje zabezpečenie kvality vo výskume a vývoji dielov vyrobených s použitím nanomateriálov a 3D tlačiarní.

Naša organizácia so svojím kompetentným a skúseným tímom rozumie potrebám svojich zákazníkov, poskytuje im pokročilé testovacie služby, ktoré potrebujú, a pomáha im pri zavádzaní, implementácii a zlepšovaní systémov riadenia. V tejto súvislosti poskytujeme aj testovacie služby v súlade so štandardnou testovacou metódou ASTM E1225 pre tepelnú vodivosť pevných látok s použitím techniky pozdĺžneho tepelného toku s preukázaním zhody.