ASTM E1225 Korumalı-Karşılaştırmalı-Boylanlamasına Isı Akışı Tekniği Kullanılarak Katıların Isıl İletkenliği

ASTM E1225 Korumalı-Karşılaştırmalı-Boylanlamasına Isı Akışı Tekniği Kullanılarak Katıların Isıl İletkenliği

Amerikan Test ve Malzeme Kuruluşu (ASTM) tarafından yayınlanan “ASTM E1225 Korumalı-karşılaştırmalı-boylanlamasına ısı akışı tekniği kullanılarak katıların ısıl iletkenliği için standart test yöntemi” standardında, homojen opak katıların ısıl iletkenliğinin belirlenmesi için bir sabit durum tekniği açıklanmaktadır. Bu test yöntemi, 90 K ile 1300 K arasındaki sıcaklık aralığında 0,2 - 200 W/(m·K) aralığında etkin ısıl iletkenliğe sahip malzemeler için geçerlidir. Bu aralıkların dışında, daha düşük doğrulukla kullanılabilir.

ASTM E1225 Korumalı-Karşılaştırmalı-Boylanlamasına Isı Akışı Tekniği Kullanılarak Katıların Isıl İletkenliği

Bu teknik açısından, numunenin görünür ısıl iletkenliği, kalınlık veya kesit alanındaki değişikliklerle artı/eksi yüzde 5’ten fazla değişmiyorsa sistem homojendir. Birbirine yapıştırılmış levha veya plakalardan oluşan kompozitler veya heterojen sistemler için, numune sırasıyla 20 birimden daha geniş ve 20 birimden daha kalın olmalıdır. Burada bir birim, en kalın levha veya plakanın kalınlığıdır, böylece yarım birimlik çap veya uzunluk değişiklikleri görünür ısıl iletkenliği değerini artı/eksi yüzde 5’ten daha az etkiler. Opak olmayan veya kızılötesinde kısmen saydam olan sistemler için, homojen olmama ve foton geçirgenliğinden kaynaklanan birleşik hata artı/eksi yüzde 5’ten daha az olmalıdır. Son derece saydam katılar üzerindeki ölçümlere kızılötesi emilim katsayısı bilgisi eşlik etmeli veya sonuçlar görünür termal iletkenlik olarak raporlanmalıdır.

Malzeme bilimi ve mühendisliğinde, termal iletkenlik, bir malzemenin ısıyı ne kadar etkili bir şekilde aktarabileceğini belirleyen kritik bir özelliktir. Bu özellik, elektronikteki verimli ısı emicilerden havacılık bileşenlerindeki dayanıklı termal bariyerlere kadar her şeyin tasarımı için olmazsa olmazdır. ASTM, doğru ve tekrarlanabilir ölçümler sağlamak için titiz standartlar sunmaktadır. ASTM E1225 standardı, katı malzemelerdeki termal iletkenliği değerlendirmek için hassas bir karşılaştırmalı yöntem sunmaktadır. Bu standart, yüksek performanslı malzemelerdeki gelişmeleri desteklemektedir.

Bu standart, homojen katı malzemelerin, metre-kelvin başına watt cinsinden ifade edilen termal iletkenliğini, sabit durumlu karşılaştırmalı bir ısı akışı tekniği kullanarak ölçmeye odaklanır. Bu yöntem, metaller, alaşımlar, seramikler, polimerler, refrakterler, karbonlar, grafitler ve bunların kompozitleri gibi orta ila yüksek termal iletkenliğe sahip malzemeler için özellikle uygundur.

Bu yöntem, test numunesini kontrollü bir ısı akışı kolonunda referans malzemeler arasına yerleştirerek ısı kayıplarını en aza indirir ve uzunluk boyunca tek boyutlu ısı transferi sağlar. Bu teknik, ortam sıcaklığından 1300 dereceye kadar olan sıcaklıklar için idealdir ve bu da onu hem oda sıcaklığı hem de yüksek ısı uygulamaları için çok yönlü hale getirir. Geçici yöntemlerin (örneğin lazer flaşı) aksine, bu sabit durum yaklaşımı mühendislik tasarımı ve kalite kontrolü için son derece hassas veriler sağlar. Bu standart, yüksek gözenekli, anizotropik veya düşük iletkenliğe sahip malzemeleri hariç tutarak kullanıcıları köpükler için ASTM C518 standardı veya geçici düzlem kaynak yöntemleri için ASTM E1461 standardı gibi alternatiflere yönlendirir.

ASTM E1225 standardının özü, homojen bir sıcaklık gradyanı oluşturan korumalı ısı akış aparatında yatar. Test cihazı kurulurken,

  • Kolon kurulumu: Merkezi bir ısı ölçer (test numunesi), bilinen iletkenliğe sahip üst ve alt referans malzemelerle çevrelenmiştir. Radyal ısı kaybını önlemek için koruma bölümleri kolonu çevreler.
  • Isıtma ve soğutma: Üst kısımdaki elektrikli ısıtıcı sabit bir ısı akışı oluştururken, soğuk bir havuz alt kısmı daha düşük bir sıcaklıkta tutar. Termokupllar veya direnç termometreleri birden fazla noktadaki sıcaklıkları izler.
  • Koruma mekanizması: Korumalardaki yardımcı ısıtıcılar, kolonun sıcaklık profiline uyum sağlayarak yalnızca uzunlamasına (eksenel) ısı akışını sağlar.

Numune hazırlanırken, malzemeden silindirik veya dikdörtgen numuneler (genellikle 25-50 mm çapında, 50-150 mm uzunluğunda) kesilir, 0,025 mm’lik bir paralellik ve yüzey düzgünlüğü sağlanır. Kolon referanslarla istiflenir, arayüzler için termal gres uygulayın ve standart referans malzemeleri (örneğin NIST tarafından izlenebilir kuvars veya metaller) kullanarak kalibre edilir.

Ölçüm yapılırken, numune boyunca sabit durum gradyanı elde etmek için ısı uygulanır. Sıcaklıklar, ısı girdisi ve boyutları kaydedilir. K değeri Fourier yasasını kullanarak hesaplanır. Ayrıca, bu standartta verilen denklemler kullanılarak temas direnci, radyasyon ve dengesizlikler düzeltilir. Raporlama yapılırken, belirtilen ortalama sıcaklıklarda, belirsizlikte (genellikle artı/eksi yüzde 3-5) ve çevresel koşullarda k değerleri eklenir.

ASTM E1225 standardı, ısı yönetiminin çok önemli olduğu sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır:

  • Elektronik ve yarı iletkenler: CPU ve LED’lerde soğutmayı optimize etmek, sıcak noktaları azaltmak ve cihaz ömrünü uzatmak için ısı yayıcıların, termal arayüz malzemelerinin ve alt tabakaların termal iletkenliğini ölçer.
  • Havacılık ve otomotiv: Türbin kanatları, elektrikli araç akü paketleri ve ısı eşanjörleri için kompozit ve alaşımları değerlendirerek aşırı sıcaklıklara dayanıklı hafif tasarımları destekler.
  • Enerji ve inşaat: Fırınlardaki refrakterleri ve bina zarflarındaki yalıtımı değerlendirerek enerji verimli sistemlerin ve yönetmeliklere uyumluluğun sağlanmasına yardımcı olur.
  • Araştırma ve üretim: Nanomalzemeler ve üç boyutlu yazıcılarla üretilen parçalar için Ar-Ge’de kalite güvencesi sağlar.

Kuruluşumuz, yetkin ve deneyimli bir kadro ile müşterilerinin ihtiyaçlarını anlamakta, ihtiyaç duydukları ileri test hizmetlerini vermekte ve yönetim sistemlerinin kurulması, uygulanması ve iyileştirilmesi konusunda yardımcı olmaktadır. Bu çerçevede işletmelere “ASTM E1225 Korumalı-karşılaştırmalı-boylanlamasına ısı akışı tekniği kullanılarak katıların ısıl iletkenliği için standart test yöntemi” standardına uygun test hizmetleri de verilmektedir.

WhatsApp