在许多工业应用中,有关材料热物理特性和最终产品热流优化的信息变得越来越重要。近几十年来,闪射法已成为测定固体、粉末和液体的热扩散系数和导热系数的最常用技术。
LINSEIS LFA L52型激光闪射分析仪是一种测量导热系数、热扩散系数和比热容的有效方法,可同时测量多达三个、六个或十八个样品。多种不同的加热炉使得测量温度范围可从-125 ℃到 2800 ℃。此外,还可选择配备用于第二个加热炉的转台。
激光闪射分析仪使用经过调制的激光束,该激光束聚焦在样品的下表面,以输入可控数量的热能。样品吸收激光脉冲后,热量便会透过样品层进行传递。在样品的上表面有一个聚焦透镜、一个可变光圈和一个基于二极管的红外探测器,用于监测传递的热量以及热波的传播时间。通过将文献中已知的模型应用于探测器的读数,就可以根据样品温度计算出样品的热扩散系数和导热系数。
测量特性:
热扩散系数
导热系数
比热容
LFA 1000系列功能
采用红外探测器技术,测量时间短
宽广的温度范围:-125℃-2800℃
与不同的样品几何形状和材料兼容
测量精度高、重复性好
类型 |
LFA L52 系列 |
温度范围: |
-125°C/-100°C - 500°C;RT - 1250°C;RT - 1600°C |
脉冲源: |
Nd:YAG 激光器,用户可更换 |
温升测量: |
通过 IR(InSb 或 MCT)检测器实现非接触式检测 |
热扩散系数测量范围: |
0.01 mm2/s - 2000 mm2/s |
导热系数测量范围: |
0.1 W/m·K - 3500 W/m·K |
样品尺寸: |
圆形试样 6、10、12.7、25.4 mm |
样品厚度: |
0.1 mm - 6 mm |
自动进样器 |
3、6 或 18 样品自动进样器 |
样品仓: |
金属/SiC/石墨 |
大气层: |
惰性或还原性 |
数据采集: |
2MHz |
接口: |
USB接口 |
加热速率: |
0.01 – 50 °C/min* |
*取决于所选的加热炉 |
类型 |
LFA 2000 系列 |
温度范围: |
RT - 2800°C |
脉冲源: |
Nd:YAG 激光器 25 J/pulse |
温升测量: |
通过 IR(InSb 或 MCT)检测器实现非接触式测量 |
热扩散系数测量范围: |
0.01 mm2/s - 2000 mm2/s |
导热系数测量范围: |
0.1 W/mK - 4000 W/mK |
样品尺寸: |
Φ 6、10、12.7、25.4 mm |
样品厚度: |
0.1 mm - 6 mm |
自动进样器 |
3 样品自动进样器 |
样品仓: |
金属/SiC/石墨 |
气氛: |
惰性或还原性(推荐) |
数据采集: |
2MHz |
接口: |
USB接口 |
加热速率: |
0.01 – 100 °C/min* |
*取决于所选的加热炉 |
林赛斯的所有热分析仪器均采用软件控制。各个软件模块需在Microsoft
Windows 操作系统下运行。整个软件由温度控制、数据采集和数据评估三个模块组成。林赛斯软件集成了热分析实验的测量准备、运行和评估等全部功能。
LFA 功能
精确的脉冲长度校正,脉冲映射
热损失校正
分析2层或3层样品系统
用于选择合适评估模型的向导程序
比热容的测定
测量多层样品系统的接触热阻
多方法分析:DIL、STA、LSR 和 LZT
评估软件
自动或手动输入相关测量数据(密度、比热)
用于选择合适模型的向导程序
有限脉冲校正
热损失校正
多层模型
接触热阻的测定
通过比较法测定比热容
测量软件
简单易用的数据输入,适用于温度段、气体等。
可控样品自动进样器
软件在能量脉冲后自动显示校正后的测量值
用于多样品测量的全自动测量程序
玻璃陶瓷热扩散系数的测定
Pyroceram 是康宁微晶玻璃品牌,在各种应用中用作标准材料,使用 LFA L52 对其进行测量,以证明热扩散系数的可重复性。从一块整体材料中切下了 18 个样品,总共进行了 18 次测量,每个样品都单独进行测量,结果显示,在高达 1250°C 的温度范围内,测量结果的波动范围在±1% 以内。
石墨导热系数的测定
使用 LFA 500 对石墨样品进行分析。热扩散率是在 RT 和 1100°C 之间的几个温度下直接测定的。在同一测量中,使用石墨标样测量样品比热容。结果显示热导率线性下降(典型值)和热导率(500°C 以上呈平台期)。Cp 在温度下略有上升。在本实例中,使用 LFA L52对一个石墨样品进行了分析。在室温至1600 ℃之间的几个温度下直接测量了热扩散系数。在同一测量中,使用放置在第二个样品位置的已知石墨标准样品作为参考,测定了比热容。热扩散系数、比热容与密度的乘积得出相应的导热系数。结果显示,随着温度升高,导热系数呈典型的线性下降趋势,热扩散系数在 500 ℃以上呈现出平稳状态,比热容随温度略有增加。
样品厚度对导热系数测量准确度的影响
使用银标准样品研究了导热系数测量准确度与样品厚度之间的关系。为了了解对于激光闪射法而言哪种样品厚度适配度高,在室温下对不同厚度的银样品进行了测量。导热系数是由热扩散系数、密度和比热容计算得出的。图表显示,随着直径变小,测量值与文献值之间的偏差以指数形式增大,准确数值的极限大约在 200 μm左右,低于这个 “界限” 时,测量值会有极大的差异。然而,这不仅是由于该方法的局限性,还因为薄膜与块状材料表现出不同的特性,对于薄膜的特性,可以使用薄膜激光闪射法(THIN FILM LFA)或其他薄膜技术来进行研究。