LFA L52 - Où la précision redéfinit la conductivité thermique
Le LINSEIS LFA L52 est un analyseur laser flash très performant, conçu pour déterminer avec précision la la diffusivité thermique, Conductivité thermique et chaleur spécifique dans une gamme d’applications exceptionnellement large. Le système prend en charge la mesure simultanée de jusqu’à 3, 6 ou 18 échantillons, ce qui permet un rendement élevé en recherche, développement et contrôle qualité. Grâce à son concept de four modulaire, le LFA L52 couvre une plage de températures sans précédent, de -125 °C à 2800 °C, ce qui le rend adapté aux solides, poudres, pâtes et liquides utilisés dans des secteurs tels que l’aérospatiale, la céramique, la métallurgie, le stockage de l’énergie et l’électronique haute performance.
En tant que méthode de mesure absolue, la technologie laser-flash ne nécessite pas de normes d’étalonnage et est conforme aux normes internationales telles que ASTM E-1461 et DIN EN 821-2. Le LFA L52 peut être équipé de détecteurs remplaçables par l’utilisateur et propose en option un fonctionnement sous vide et sous gaz inerte pour un contrôle maximal des conditions de mesure. Un plateau tournant pour un deuxième four est disponible afin de réduire les temps d’arrêt et de permettre une transition sans interruption entre les plages de température. Avec des mesures rapides et sans contact, une préparation minimale des échantillons et une précision exceptionnelle, le LFA L52 établit de nouvelles normes pour la caractérisation thermophysique avancée des matériaux.
Caractéristiques uniques
Améliorations logicielles
- Nouvelle plateforme logicielle LINSEIS LiEAP
Un environnement logiciel entièrement repensé qui se concentre sur la facilité d’utilisation, le traitement efficace des données et l’optimisation des flux de travail. Des ensembles d’outils sur mesure soutiennent l’analyse thermophysique avec une configuration plus rapide, une navigation plus claire et un meilleur contrôle des processus. - Mises à jour automatiques et amélioration continue des fonctionnalités
Des mises à jour automatiques régulières permettent aux utilisateurs de toujours bénéficier des dernières fonctionnalités, des améliorations de la stabilité et des mises à niveau de la sécurité, sans temps d’arrêt ni installation manuelle. - Intégration Lex Bus Plug & Play
L’interface matérielle Lex Bus moderne permet une communication transparente entre le laser, le détecteur, le four et l’électronique. De nouveaux modules matériels peuvent être ajoutés sans effort, ce qui garantit l’évolutivité du système à long terme. - Outils d’acquisition de données à grande vitesse
La prise en charge complète de l’acquisition de données ultrarapide à 2,5 MHz du L52 permet d’améliorer le déclenchement des impulsions, l’ajustement des courbes et l’évaluation de la diffusion, ce qui est idéal pour les échantillons fins, les matériaux hautement conducteurs et les processus de transfert thermique rapides.
Lien Linseis Lab
Avec Linseis Lab Link, nous proposons une solution intégrée pour éliminer les incertitudes dans les résultats de mesure. Grâce à l’accès direct à nos experts en applications via le logiciel, vous pouvez obtenir des conseils sur la méthode de mesure appropriée et sur l’interprétation des résultats. Cette communication directe garantit des résultats optimaux et maximise l’efficacité de vos mesures pour des analyses et des recherches précises, ainsi qu’un déroulement fluide des processus.
Améliorations de la conception
Le nouveau design de l’appareil se caractérise par un boîtier en aluminium fin et robuste, qui allie robustesse mécanique et esthétique moderne. Une barre d’état à LED intégrée offre une visualisation claire et visible en un coup d’œil des conditions de fonctionnement, tandis que l’écran tactile permet une utilisation intuitive et optimisée. La conception globale met l’accent sur l’ergonomie et une expérience utilisateur contemporaine qui améliore à la fois le confort et la fonctionnalité.
Outils d'acquisition de données à haut débit
La prise en charge complète de l’acquisition de données ultrarapide de 2,5 MHz du L52 permet une capture exceptionnellement précise de l’impulsion laser et de la réponse thermique qui en résulte. La haute densité d’échantillonnage améliore le déclenchement des impulsions, l’ajustement des courbes, la réduction du bruit et la précision du calcul des coefficients de diffusion sur toute la plage de temps. Cette capacité à haute vitesse est particulièrement avantageuse pour les échantillons fins, les matériaux à très haute conductivité thermique, les structures multicouches ou toutes les applications à transfert thermique rapide pour lesquelles les taux d’acquisition classiques ne suffiraient pas à résoudre le transitoire thermique avec une clarté suffisante.
Mise à niveau PLH
Les instruments LFA L52 peuvent être mis à niveau avec l’option PLH (Periodic Laser Heating). Cette solution 2 en 1 brevetée offre deux techniques de mesure en un seul appareil, maximise la plage d’applications et permet d’analyser des échantillons d’une épaisseur de µm à mm.
La technologie PLH a été spécialement développée et optimisée pour caractériser les échantillons en couches minces avec une précision sans précédent. Elle couvre une gamme de mesure d’épaisseur d’échantillon de 10 μm à 500 μm et une gamme de conductivité thermique de 0,01 à 2000 mm²/s.
L’option PLH L53 peut traiter une grande variété de matériaux et convient donc pour :
- Matériaux de diffusion de la chaleur tels que les feuilles de graphite et les feuilles de cuivre minces,
- Semi-conducteurs avec des propriétés thermiques complexes,
- Métaux nécessitant des mesures de diffusion précises,
- Céramiques et polymères utilisés dans les systèmes de matériaux avancés.
Analyse de l'anisotropie et de l'inhomogénéité
Grâce à ses fonctions de cartographie avancées, le système PLH permet de mesurer la conductivité thermique d’un échantillon avec une résolution spatiale. Cette fonction est particulièrement précieuse pour identifier les anisotropies (différences directionnelles dans le comportement thermique) et les inhomogénéités (incohérences du matériau). En balayant plusieurs zones, les utilisateurs obtiennent une compréhension complète des propriétés thermiques des couches minces et peuvent ainsi garantir une performance optimisée des matériaux pour les applications exigeantes.
Applications et focalisation sur le secteur
Les applications typiques incluent l’analyse des films et membranes autoportants, qui sont de plus en plus importants dans l’industrie des batteries et de l’hydrogène. La capacité à mesurer avec précision les propriétés de transport de chaleur de ces matériaux est essentielle pour améliorer l’efficacité énergétique, la gestion de la chaleur et la performance globale du système.
Les principales caractéristiques en un coup d'œil
- Analyse de l’anisotropie : combine de manière transparente les mesures transversales et intra-planes.
- Compatibilité matérielle polyvalente : convient aux semi-conducteurs, aux métaux, aux céramiques et aux polymères.
- Capacité de cartographie : permet une analyse spatiale précise des anisotropies et des inhomogénéités au sein de l’échantillon.
- Haute précision de mesure: couvre une large gamme d’épaisseurs d’échantillons et de valeurs de conductivité thermique.
Points forts
Large plage de températures :
-125°C à 2800°C
Haute précision
et répétabilité
des mesures
Conception modulaire pour
adaptations flexibles
Temps de mesure rapide grâce à la technologie avancée
Logiciel convivial
pour une analyse complète des données
Compatibilité avec différentes géométries et matériaux d'échantillons
Caractéristiques principales
Nouvelle électronique
- Electronique de détection et d’amplification améliorée
Un rapport signal/bruit amélioré et une plage dynamique plus large permettent d’obtenir des signaux propres et de haute résolution, même avec des échantillons minces ou hautement conducteurs. - 2,5 MHz Acquisition de données à grande vitesse
L’échantillonnage ultra-rapide capture les transitoires thermiques rapides avec une plus grande précision, améliorant ainsi la détection des impulsions et l’évaluation de la diffusion. - Contrôle du courant laser stabilisé
La nouvelle électronique du pilote fournit des impulsions laser hautement cohérentes avec une énergie réglable, améliorant ainsi la reproductibilité sur toutes les plages de température.
La plus grande plage de températures de sa catégorie
Couvre une plage de -125 °C à 2800 °C grâce à des options de four modulaires, permettant ainsi des applications allant de la cryogénie aux matériaux à ultra-haute température.
Fonction multi-échantillons (3, 6 ou 18 échantillons)
En analysant simultanément plusieurs échantillons dans des conditions identiques de température, d’atmosphère et d’impulsions laser, le LFA L52 augmente considérablement le débit des flux de travail de R&D et de CQ. Des séries entières de matériaux, des lots de production ou des études comparatives peuvent être traités en un seul passage avec une intervention minimale de l’opérateur, tandis que l’environnement de test uniforme garantit des résultats directement comparables à tous les emplacements avec une fiabilité statistique élevée.
Système de porte-échantillons flexible
Le système de porte-échantillons flexible du LFA L52 convient à une grande variété de formes de matériaux, y compris les solides, les poudres, les pâtes, les liquides, les couches minces, les céramiques, les métaux, les matériaux réfractaires et les matériaux à très haute température (UHTC). Les géométries et matériaux de support interchangeables garantissent un contact thermique optimal, des conditions limites contrôlées et une perte de chaleur minimale pour chaque type d’échantillon. Cette polyvalence permet aux utilisateurs de caractériser tout, des matériaux isolants à faible densité aux céramiques techniques denses et aux alliages métalliques, sur la même plate-forme, ce qui rend le LFA L52 adapté à pratiquement tous les flux d’analyse thermophysique.
Éclairage complet de l’échantillon
Le LFA L52 assure un éclairage complet et uniforme des échantillons d’un diamètre allant jusqu’à 25,4 mm et garantit que l’impulsion laser pénètre toute la surface de l’échantillon sans créer de gradient de température radial. Ce chauffage homogène se traduit par une meilleure reproductibilité, une amélioration de la qualité des données et des résultats de mesure cohérents entre les différents matériaux, épaisseurs et géométries.
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Spécifications
Plage de température: -125 °C à 2800 °C
Laser Nd:YAG à haute énergie : jusqu’à 25 J/impulsion
Vide et atmosphères contrôlées : jusqu’à 10-⁵ mbar
Découvrez notre puissant LFA L52 – conçu pour des analyses thermophysiques rapides et fiables :
- Options de détecteurs : Détecteurs InSb ou MCT, disponibles avec refroidissement LN₂ ou Peltier
- Contrôle de l’atmosphère : environnements inertes, réducteurs ou oxydants ; capacité de vide jusqu’à 10-⁵ mbar
- Manipulation des échantillons : compatible avec les solides, les poudres, les pâtes, les liquides, les stratifiés et les couches minces
- Enregistrement d’impulsions laser : acquisition de données ultra-rapide à 2,5 MHz pour une analyse précise des transitoires
- Configuration du four : double plateau tournant en option pour un flux de travail continu à haut débit
Méthode
Analyse flash laser
La méthode Light Flash (LFA) est une technique rapide et sans contact pour déterminer la la diffusivité thermique, de la chaleur spécifique et de la conductivité thermique des solides, des poudres et des pâtes. Une brève impulsion d’énergie chauffe la face arrière de l’échantillon et l’augmentation de température qui en résulte sur la face avant est enregistrée au fil du temps par un détecteur infrarouge à haute vitesse.
La courbe d’augmentation de la température reflète la vitesse à laquelle la chaleur se propage à travers l’échantillon. La diffusivité thermique est calculée à partir de ces données. Si la chaleur spécifique et la densité du matériau sont connues, la conductivité thermique peut également être déterminée.
LFA est une méthode non destructive et de haute précision utilisée en recherche sur les matériaux, électronique, l’aérospatiale et applications énergétiques est largement utilisé. Ses principaux avantages sont des temps de mesure courts, une préparation minimale des échantillons et la possibilité de tester une large gamme de matériaux, le tout avec une grande répétabilité et dans des conditions atmosphériques contrôlées.
Principe de mesure
Lors d’une mesure LFA, l’échantillon est porté à une température définie dans un four, puis exposé à une brève impulsion laser de haute énergie sur sa face arrière. L’énergie absorbée produit une augmentation immédiate de la température qui se propage à travers l’épaisseur de l’échantillon et se produit sur sa face avant.
Cette variation de température est enregistrée dans le temps par un détecteur infrarouge rapide. La diffusivité thermique est calculée à partir de la courbe température-temps résultante, en fonction de l’épaisseur de l’échantillon et de la demi-vie caractéristique de l’augmentation de température. Avec des connaissances supplémentaires sur la chaleur spécifique et la densité, la conductivité thermique peut également être déterminée.
La méthode fournit des résultats précis en un temps de mesure court, ne nécessite qu’une simple géométrie d’échantillon et prend en charge les mesures sous vide ou sous atmosphère gazeuse contrôlée.
Grandeurs mesurées
- Conductivité thermique (α [mm²/s])
- Capacité thermique spécifique (Cp [J/g-K])
- Conductivité thermique (λ [W/m-K]) (calculée par α – Cp – ρ)
- Propriétés thermiques en fonction de la température
- Données sur la répétabilité et la précision
Méthodes et fonctions prises en charge
- Mesure multiple (jusqu’à 18 échantillons)
- Analyse de couches minces (avec module PLH)
- Mesures isothermes et en fonction de la température
- Analyse des matériaux anisotropes
- Mesure des poudres, des pâtes, des solides et des stratifiés
- Mesure sous atmosphères contrôlées (inerte, réductrice, oxydante)
- Mesures de vide (jusqu’à 10-⁵ mbar)
- Acquisition de données à grande vitesse pour les événements thermiques rapides
Une longueur d'avance avec le LFA L52 - des solutions puissantes pour l'analyse thermophysique avancée
PLH L53 -
Chauffage périodique
au laser
LFA L52 Nuclear
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LFA L52 présente - comment il fonctionne, où il est utilisé, ce qu'il offre
Concept de mesure
L’échantillon est placé sur un porte-échantillon placé dans un four qui maintient une température de mesure définie. Une impulsion d’énergie programmable est appliquée à l’arrière de l’échantillon, ce qui provoque une augmentation temporaire de la température à l’avant. Cette réaction thermique est détectée par un détecteur infrarouge (IR) rapide et très sensible. La courbe température-temps résultante permet de déterminer à la fois la diffusivité thermique et la chaleur spécifique. Si la densité du matériau (ρ) est connue, la conductivité thermique peut être calculée à l’aide de la formule suivante :
Fours LFA L52
LFA L52 1250/1600
Le modèle standard est conçu pour les métaux et les céramiques et est idéal pour les applications nécessitant un débit d’échantillons élevé. Il permet de mesurer 3, 6 ou 18 échantillons simultanément et prend en charge des diamètres d’échantillon allant jusqu’à 25,4 mm, ce qui permet une analyse précise de la conductivité thermique, de la conductivité thermique et de la capacité thermique spécifique.
LFA L52 2000/2400/2800
La version haute température permet des mesures jusqu’à 2000 / 2400 / 2800 °C et est équipée d’un robot d’échantillonnage pouvant accueillir jusqu’à trois échantillons de 12,7 mm de diamètre.
Des configurations spéciales sont disponibles pour les environnements de boîte à gants ou de cellules chaudes.
Les applications typiques sont les matériaux réfractaires, le graphite ou les applications nucléaires.
LFA L52 2400
Fournit des mesures précises à des températures allant jusqu’à 2400 °C en utilisant un four à tungstène, permettant ainsi une analyse sans graphite sur une large plage de températures.
Équipé d’un robot d’échantillonnage pouvant accueillir jusqu’à trois échantillons (12,7 mm), ce modèle garantit un débit élevé et des mesures précises de la Cp.
LFA L52 LT
La version basse température fournit des mesures précises de -125 °C / -100 °C à 500 °C pour diverses applications.
Une puissance laser plus faible dans cette zone peut être un facteur décisif pour obtenir des résultats de mesure très précis.
Porte-échantillons et supports
Différents types de porte-échantillons permettent de mesurer une grande variété de tailles d’échantillons de 3 à 25,4 mm sous forme solide, liquide, poudreuse ou pâteuse. Des porte-échantillons pour matériaux à changement de phase sont en outre disponibles. Le robot d’échantillonnage Linseis peut mesurer jusqu’à 6 échantillons simultanément, et des options pour jusqu’à 18 échantillons sont disponibles sur demande. Les matériaux disponibles pour les porte-échantillons sont le graphite, le SiC, l’alumine ou différents métaux.
Porte-échantillons
Sélection de modèles
Sélection de modèles pris en charge
Le logiciel permet de sélectionner différents modèles d’évaluation. Pour aider l’utilisateur à faire son choix, la qualité d’ajustement de tous les modèles peut être facilement affichée afin de garantir une utilisation simple ainsi qu’une précision maximale.
Les données empiriques recueillies auprès des clients et des laboratoires d’application de Linseis dans le monde entier montrent que le modèle Dusza combiné est le plus universel et offre généralement la meilleure correspondance entre les données de mesure et le modèle pour une grande variété de matériaux.
Modèle Dusza combiné – Solution combinée unique pour la correction simultanée des pertes de chaleur et des impulsions finies avec la méthode laser-flash
Le modèle combiné universel, basé sur la méthode éprouvée de Dusza, permet une évaluation fiable des données de flash laser en corrigeant simultanément les pertes de chaleur, les impulsions finies et les conditions non adiabatiques. Grâce à l’estimation non linéaire des paramètres, aucune sélection manuelle de modèle n’est nécessaire, ce qui permet de gagner du temps et d’éviter les erreurs de l’utilisateur. La méthode a été testée sur plus de 100 échantillons et fournit systématiquement des résultats précis de la plus haute qualité. L’exemple d’un échantillon d’Inconel montre clairement que le modèle combiné offre la meilleure adaptation et la plus grande précision par rapport aux approches traditionnelles.
Modèle combiné modifié / modèle spécial pour les échantillons translucides
Comme le montre le graphique, l’augmentation de température provoquée par l’impulsion d’énergie induite entraîne une augmentation immédiate du signal du détecteur dans le cas d’échantillons translucides. Ce signal initial doit être pris en compte et corrigé, car il déforme le résultat de la mesure en une conductivité thermique apparemment plus élevée. Jusqu’à présent, les modèles existants ne parvenaient pas à représenter suffisamment bien ce phénomène d’augmentation immédiate de la température. Notre modèle combiné unique permet de corriger les données de l’échantillon et de fournir un ajustement adapté, ce qui se traduit par des résultats de mesure nettement améliorés.
Modèle McMasters pour échantillons poreux
Le modèle McMasters est un outil spécial développé pour analyser de manière précise et flexible le transfert de chaleur dans les matériaux poreux.
Principales caractéristiques :
- Modèle de transfert de chaleur unidimensionnel pour des analyses précises.
- Inclut la profondeur de pénétration finie de l’impulsion initiale comme paramètre d’ajustement important.
- Prend en compte les pertes de chaleur à la fois à l’avant et à l’arrière de l’échantillon.
Ce modèle avancé, basé sur les travaux de McMasters et al.*, garantit des résultats fiables et détaillés, et
est donc une option indispensable pour les études thermiques complexes.
* McMasters, Robert L. et al. « Accounting for Penetration of Laser Heating in Flash Thermal Diffusivity Experiments » (Prise en compte de la profondeur de pénétration du chauffage laser dans les expériences de diffusion thermique flash). ASME. J. Heat transfer (1999) : 121(1) : 15-21.
Contrôle visuel en option
Principe de mesure
Dans un système flash, la qualité du signal dépend de la quantité de rayonnement de l’échantillon qui atteint la surface du détecteur infrarouge. Normalement, la surface active du détecteur est limitée (par exemple, 2 x 2 mm²) par rapport à un diamètre d’échantillon de (3 mm à 25,4 mm). Pour cette raison, une disposition optimisée du détecteur IR, de la lentille et de l’échantillon est utilisée pour améliorer la surface de l’échantillon imagée. La tache de mesure sur l’échantillon doit être aussi grande que possible, mais ne doit pas dépasser de l’échantillon. Un dépassement de la tache peut entraîner des artefacts de mesure ou un bruit supplémentaire dans le signal. La fonction de contrôle de vision garantit la meilleure qualité de signal quelle que soit la taille de l’échantillon. L’optimisation garantit une excellente qualité de signal pour les échantillons de grande et de petite taille.
Contrôle de la vision
L’option « Vision Control » assure un point de détection parfait pour différentes géométries d’échantillons. Cela permet un ajustement parfait afin d’obtenir une image idéale et nette de la surface de l’échantillon sur la zone active du capteur.
*Pas disponible dans toutes les configurations et tous les pays.
Combien coûte une LFA L52 ?
Le prix d’un système LFA L52 dépend de la configuration choisie et des options supplémentaires, telles que la plage de température, le type de détecteur, les fonctions d’automatisation ou les supports d’échantillons spéciaux. Comme chaque système peut être personnalisé pour répondre aux besoins spécifiques de votre application, le coût peut varier considérablement.
Pour obtenir un devis précis, veuillez nous envoyer vos exigences via notre formulaire de contact – nous serons heureux de vous fournir un devis personnalisé.
Quel est le délai de livraison pour un LFA L52 ?
Le délai de livraison d’un LFA L52 dépend en grande partie des options et de la configuration choisies. Des fonctionnalités supplémentaires telles que des plages de température étendues, des détecteurs spéciaux, l’automatisation ou des personnalisations peuvent allonger le temps de production et de préparation, et donc le délai de livraison.
Veuillez nous contacter via notre formulaire de contact pour obtenir une prévision précise du délai de livraison basée sur vos exigences individuelles.
Logiciel
Rendre les valeurs visibles et comparables
TOUT NOUVEAU logiciel LiEAP
Le logiciel LiEAP récemment développé comprend un support basé sur l’IA qui minimise les erreurs de manipulation et réduit les incertitudes de mesure. En outre, le logiciel prend en charge plusieurs modèles uniques, dont le modèle Dusza, qui peut traiter des échantillons transparents, poreux, liquides et en poudre, ainsi que des systèmes multicouches.
Principales caractéristiques
- Logiciel MS®Windows™ entièrement compatible
- Sécurité des données en cas de panne de courant
- Caractéristiques de sécurité (protection contre la rupture du thermocouple, les pannes de courant, etc.)
- Evaluation en ligne et hors ligne de la mesure en cours
- Comparaison des courbes
- Stockage et exportation des rapports
- Exportation et importation de données au format ASCII
- Exportation des données vers MS Excel
- Analyse multi-méthodes (DIL, STA, DSC, HCS, LSR, LZT, LFA)
- Contrôle des gaz programmable
- NOUVEAU flux de travail
- Les données de mesure sont automatiquement enregistrées dans une base de données.
Détermination du Cp (chaleur spécifique) par comparaison
Pour calculer la capacité thermique spécifique, l’augmentation maximale de la température de l’échantillon est comparée à l’augmentation maximale de la température d’un échantillon de référence. L’échantillon inconnu et l’échantillon de référence sont tous deux mesurés dans les mêmes conditions, en un seul passage avec le robot d’échantillonnage. On peut donc supposer que l’énergie de l’impulsion laser et la sensibilité du détecteur infrarouge sont les mêmes pour les deux mesures.
Détection d’impulsions
Pour améliorer la précision de la mesure de Cp, il est essentiel de mesurer l’énergie de l’impulsion et la sensibilité du détecteur, plutôt que de les supposer constantes.
C’est pourquoi le LFA L51 mis à jour offre la possibilité d’enregistrer la forme d’impulsion, de capturer la forme d’impulsion et d’effectuer une correction d’énergie dans le cycle de mesure entièrement automatisé. Il en résulte une détermination très précise de la capacité thermique spécifique en mode de mesure comparative avec un matériau de référence connu.
Logiciel d’évaluation
- Saisie automatique ou manuelle des données de mesure associées : par ex. densité et chaleur spécifique
- Modèle d’évaluation combiné universel pour l’exploitation des données
- Modèles spéciaux pour les échantillons translucides ou poreux
Modèles d’évaluation
- Modèle combiné Dusza
- NOUVEAU modèle McMasters (pour les échantillons poreux)
- Modèles à 2/3 équipes
- Parker
- Cowan 5 et 10
- Azumi
- Clark-Taylor
- Degiovanni
- Correction d’impulsion finie
- Correction des pertes de chaleur
- Correction de base
- Modèle multi-couches
- Détermination de la résistance de contact
- Correction pour les échantillons translucides
Logiciel de mesure
- Saisie simple et conviviale des données pour les segments de température, les gaz, etc.
- Robot d’échantillonnage contrôlable
- Après l’impulsion d’énergie, le logiciel affiche automatiquement les valeurs de mesure corrigées
- Processus de mesure entièrement automatique pour les mesures de plusieurs échantillons
- Service clientèle
- Mode simple pour des mesures efficaces et rapides
- Mode expert pour une personnalisation maximale
- Le modèle de service surveille le mode de l’appareil et fournit un retour d’information
Votre industrie
Céramique et verre
Le verre et la céramique sont des matériaux indispensables dans les applications traditionnelles et de haute technologie. Des articles ménagers aux composants sophistiqués utilisés dans l’électronique, l’aérospatiale et la technologie médicale, leurs propriétés mécaniques, thermiques et chimiques uniques leur permettent d’être utilisés de manière polyvalente dans des conditions exigeantes.
Les méthodes d’analyse thermique jouent un rôle crucial dans le développement des matériaux et l’optimisation des processus. Elles fournissent des informations précises sur la conductivité thermique, la capacité thermique, la dilatation thermique et le comportement au frittage. Cela permet aux fabricants d’affiner les compositions, d’améliorer l’efficacité énergétique et de garantir les performances des produits pour une large gamme de matériaux en verre et en céramique, notamment les céramiques techniques, les surfaces intelligentes et les composites renforcés de fibres.
Exemple d’application : Conductivité thermique, coefficient de diffusion thermique et capacité thermique spécifique de la vitrocéramique
BCR 724, une vitrocéramique standard, a été mesurée avec LFA L52. Pour ce faire, un petit disque d’une épaisseur de 1 mm et d’un diamètre de 25,4 mm a été découpé dans une plaque de matériau en vrac et recouvert de graphite pour la mesure. Le LFA L52 indique la diffusivité thermique en fonction directe de la température. Les données Cp ont été obtenues par comparaison en mesurant un standard céramique connu dans les mêmes conditions dans une deuxième position d’échantillon du même porte-échantillon. Sur la base de ces données, la conductivité thermique a été calculée à partir du produit de la densité, de la chaleur spécifique et de la diffusivité thermique. Le résultat montre une diffusivité thermique et une conductivité légèrement décroissantes, tandis que la valeur Cp augmente avec la température.
Exemple d’application : Conductivité thermique de la vitrocéramique
Pyroceram, une marque de vitrocéramique de Corning utilisée comme matériau standard dans diverses applications, a été mesurée avec le LFA L52 afin de montrer la reproductibilité des valeurs de conductivité thermique. Au total, 18 mesures ont été effectuées sur 18 échantillons découpés dans un bloc. Chaque échantillon a été mesuré séparément et le résultat montre une dispersion de l’ordre de +/- 1 % dans une plage de température allant jusqu’à 1160 °C. Les mesures ont été effectuées à l’aide d’un appareil de mesure de la conductivité thermique.
Exemple d’application : Conductivité thermique, conductivité thermique et capacité thermique spécifique de la vitrocéramique
La mesure illustrée montre la conductivité thermique de l’alumine en fonction de la température, de la température ambiante à 1500°C. À basse température, l’alumine présente des valeurs de diffusion thermique relativement élevées, de l’ordre de 0,11 cm²/s. On observe une forte diminution avec l’augmentation de la température, qui atteint des valeurs proches de 0,015 cm²/s à haute température.
La connaissance de cette propriété est essentielle pour les applications dans les matériaux réfractaires, les substrats et les céramiques structurelles, où une gestion thermique fiable et une stabilité à long terme sont nécessaires.
Recherche, développement et science
Les nouveaux matériaux jouent un rôle crucial dans les innovations technologiques, qu’il s’agisse de composites légers utilisés dans l’aérospatiale, de céramiques haute performance ou de semi-conducteurs. Leur développement nécessite une connaissance détaillée des propriétés thermophysiques telles que la conductivité thermique, la conductivité thermique et la capacité thermique spécifique.
Les systèmes LFA de LINSEIS permettent une mesure rapide, non destructive et précise de ces paramètres importants. Ils sont donc des outils indispensables dans la recherche et le développement des matériaux, en particulier pour les polymères, les céramiques, les matériaux hybrides et les alliages à haute température. Avec des données LFA précises, les chercheurs peuvent optimiser le flux de chaleur, améliorer les performances sous contrainte thermique et aider au développement de matériaux plus sûrs, plus efficaces et plus durables.
Exemple d’application : Conductivité thermique du graphite
Un échantillon de graphite a été analysé avec le LFA L51. La conductivité thermique a été déterminée directement à plusieurs températures comprises entre la température ambiante et 1000 °C. La capacité thermique spécifique a été déterminée en utilisant un standard de graphite connu dans une deuxième position de l’échantillon comme référence dans la même mesure. Le produit de la diffusivité, de la chaleur spécifique et de la densité donne la conductivité thermique correspondante. Le résultat montre une conductivité thermique typique décroissant de façon linéaire et une diffusivité thermique qui présente un plateau au-dessus de 500 °C. La Cp augmente légèrement avec la température.
Industrie nucléaire
Les matériaux utilisés dans les systèmes nucléaires doivent résister à des contraintes thermiques, mécaniques et radiologiques extrêmes. Leur conductivité thermique, leur comportement à la dilatation et leur résistance à la corrosion ou aux dommages causés par les radiations sont essentiels pour maintenir la sûreté des réacteurs et empêcher la libération de substances radioactives dans les conditions de fonctionnement.
Les méthodes d’analyse thermique fournissent des informations précieuses sur la dégradation des matériaux, les transitions de phase et la stabilité à long terme à des températures et des pressions élevées. Elles soutiennent le développement d’alliages avancés, de composites céramiques et de matériaux résistants aux radiations pour les barres de combustible, les cuves de réacteur et les concepts de nouvelle génération tels que les réacteurs à sels fondus et les SMR. Cela permet de réaliser des évaluations fiables de la durée de vie, d’améliorer les marges de sécurité et d’optimiser les performances des composants nucléaires critiques.
Exemple d’application : Conductivité thermique du graphite
Un échantillon de graphite a été analysé à l’aide du LFA L52 de la température ambiante à 2000 °C. La conductivité thermique a été mesurée à l’aide du LFA L52. La conductivité thermique a été déterminée directement et la capacité thermique spécifique a été mesurée à l’aide d’un échantillon de référence au cours du même cycle.
Les résultats montrent une forte diminution de la conductivité avec l’augmentation de la température, qui s’aplatit au-dessus de ~1500 °C – un comportement typique du graphite en raison de l’augmentation de la diffusion des phonons à haute température.
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