Laser-Flash-Analyse

Die Laser Flash Analyse (LFA) oder Laser Flash Methode wird verwendet um die Temperaturleitfähigkeit von einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien zu bestimmen. Ein Energieimpuls erwärmt eine planparallele Probe von unten. Daraufhin steigt die Temperatur der Probenoberseite an. Je höher die Temperaturleitfähigkeit der Probe, desto schneller kommt es zu diesem Temperaturanstieg. Dieser Anstieg wird mit einem Infrarot-Detektor gemessen und ausgewertet. Eine kommerzielle LFA ist im Bild rechts gezeigt.

Im eindimensionalen, adiabatischen Fall wird die Temperaturleitfähigkeit $a$ wie folgt beschrieben:

a=0.1388\cdot {\frac {d^{2}}{t_{1/2}}}

Where

$a$ ist die Temperaturleitfähigkeit
$d$ ist die Dicke der Probe
$t_{1/2}$ ist die Halbzeit

Messprinzip

Die Laser Flash Analyse wurde von Parker et al. im Jahre 1961 entwickelt.^[1]

In einem vertikalen Aufbau erwärmt der Energieimpulse einer Blitzlampe oder eines Lasers die Unterseite einer Probe. Oberhalb ist eine Infrarot-Detektor angeordnet, der den Temperaturanstieg der Probenoberseite aufnimmt. Aus diesem Signal wird zum Beispiel mit obiger Formel die Temperaturleitfähigkeit berechnet. Da diese sehr Abhängig von der Temperatur ist, wird die Probe mit einem Ofen beheizt. Die Messung selbst erfolgt dann isotherm.

Hervorragende Versuchsbedingungen sind

homogenes Material,
ein gleichmäßiger Energieeintrag über die ganze Probenfläche
ein kurzer Energieimpuls; am besten in Form einer Delta-Funktion

Viele Verbesserung des ersten Modells wurde gemacht. Im Jahre 1963 hat Cowan die Strahlungsverluste und Konvektion auf der Oberfläche mit berücksichtigt.^[2] Im selben Jahr beschrieben Cape und Lehman den transienten Wärmetransport, Effekte von endlichen Energieimpulsen und Wärmeverlust.^[3] Blumm und Opfermann verbesserten das Cape-Lehman-Modell hinsichtlich radialen und flächigen Wärmeverlust und einer innovativen, patentierten Pulskorrektur. ^[4]

Weiterführende Artikel

Einzelnachweise

↑ W.J. Parker, R.J. Jenkins, C.P. Butler, G.L. Abbott: Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity. In: Journal of Applied Physics. 32. Jahrgang, Nr. 9, 1961, S. 1679, doi:10.1063/1.1728417, bibcode:1961JAP....32.1679P (doi.org).
↑ R.D. Cowan: Pulse Method of Measuring Thermal Diffusivity at High Temperatures. In: Journal of Applied Physics. 34. Jahrgang, Nr. 4, 1963, S. 926, doi:10.1063/1.1729564, bibcode:1963JAP....34..926C (doi.org).
↑ J.A. Cape, G.W. Lehman: Temperature and Finite-Pulse-Time Effects in the Flash Method for Measuring Thermal Diffusivity. In: Journal of Applied Physics. 34. Jahrgang, Nr. 7, 1963, S. 1909, doi:10.1063/1.1729711, bibcode:1963JAP....34.1909C (doi.org).
↑ J. Blumm, J. Opfermann: Improvement of the mathematical modeling of flash measurements. In: High Temperatures – High Pressures. 34. Jahrgang, 2002, S. 515, doi:10.1068/htjr061 (doi.org).

[Parker-1] W.J. Parker, R.J. Jenkins, C.P. Butler, G.L. Abbott: Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity. In: Journal of Applied Physics. 32. Jahrgang, Nr. 9, 1961, S. 1679, doi:10.1063/1.1728417, bibcode:1961JAP....32.1679P (doi.org).

[Cowan-2] R.D. Cowan: Pulse Method of Measuring Thermal Diffusivity at High Temperatures. In: Journal of Applied Physics. 34. Jahrgang, Nr. 4, 1963, S. 926, doi:10.1063/1.1729564, bibcode:1963JAP....34..926C (doi.org).

[CapeLehman-3] J.A. Cape, G.W. Lehman: Temperature and Finite-Pulse-Time Effects in the Flash Method for Measuring Thermal Diffusivity. In: Journal of Applied Physics. 34. Jahrgang, Nr. 7, 1963, S. 1909, doi:10.1063/1.1729711, bibcode:1963JAP....34.1909C (doi.org).

[Blumm-4] J. Blumm, J. Opfermann: Improvement of the mathematical modeling of flash measurements. In: High Temperatures – High Pressures. 34. Jahrgang, 2002, S. 515, doi:10.1068/htjr061 (doi.org).

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