Entwicklung eines neuen Gerätes für die Forschung zur simultanen Bestimmung der temperaturabhängigen thermischen Diffusivität, Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärmekapazität
Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Vorhaben wurde ein neues Gerät für die Forschung entwickelt, mit dem die zentralen thermischen Größen Wärmeleitfähigkeit und thermische Diffusivität simultan und in einem Messzyklus temperaturabhängig bestimmt werden. Prinzip ist die Auswertung von Temperaturprofilen mit steilen stationären und transienten Temperaturverteilungen. Entlang einer zylinderförmigen Probe wird ein Temperaturgradient durch induktives Heizen an der Oberseite und Kühlen an der Unterseite erzeugt. Mithilfe des derzeit besten thermischen Isolators (Aerogel) wird in axialer Richtung ein eindimensionaler Wärmefluss eingestellt. Über die Differenz der Kühlwassertemperatur vor und nach der Probe wird der Wärmefluss quantifiziert. Die Temperaturprofile entlang der Probe werden während des Aufheizens, Haltens im stationären Zustand und Abkühlens berührungslos mithilfe einer Infrarotkamera mit der derzeit höchsten erreichbaren Präzision gemessen. Aus den zahlreichen während des Aufheizens und Abkühlens gespeicherten transienten Temperaturverläufen wird mithilfe einer inversen numerischen Methode die temperaturabhängige thermische Diffusivität bestimmt. Die temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit wird mithilfe der Fourier-Gleichung aus dem stationären Temperaturverlauf ermittelt. Mit der neuen Methode wird der Zeitaufwand zur Charakterisierung der temperaturabhängigen thermischen Größen im Vergleich zu etablierten Verfahren mit mindestens zwei Geräten bei gleicher Genauigkeit um bis zu zwei Größenordnungen reduziert. Mit der neuen Methode ist es praktikabel, auch komplexe Werkstoffe umfassend zu charakterisieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Key data for modeling thermal properties” FEM 2019, Schwäbisch Gmünd
M. Rettenmayr & S. Lippmann
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„Methode zur raschen und vollständigen Bestimmung von temperaturabhängigen thermischen Eigenschaften“ Thüringer Werkstofftag 2019, TU Ilmenau
A. Zimare, M. Rettenmayr & S. Lippmann
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Bridging the gap between high temperature and low temperature oxidation of 316 L. Corrosion Science, 175, 108884.
Wonneberger, Robert; Lippmann, Stephanie; Abendroth, Barbara; Carlsson, Anna; Seyring, Martin; Rettenmayr, Markus & Undisz, Andreas
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“Determining the Curie temperature of Ni using a temperature gradient evaluation method as feasibility study for a new measurement method of thermal conductivity and diffusivity“ Thermydynamics of Alloys (TOFA) 2020, Kloster Banz
S. Wilhelmy, A. Zimare, Q. Zhang, M. Rettenmayr & S. Lippmann
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A temperature gradient evaluation method for determining temperature dependent thermal conductivities. Measurement Science and Technology, 32(10), 105601.
Wilhelmy, Sönke; Zimare, Anton; Lippmann, Stephanie & Rettenmayr, Markus
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Measurement of the Curie temperature based on temperature dependent thermal properties. International Communications in Heat and Mass Transfer, 124, 105239.
Wilhelmy, S.; Zimare, A.; Zhang, Q.; Rettenmayr, M. & Lippmann, S.
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Specific heat capacity of the intermetallics ε-Cu3Sn, η/η′-Cu6Sn5, Al3Ni and Al3Ni2. Calphad, 74, 102294.
Saenko, Ivan; Engelhardt, Hannes; Hornig, Philipp; Fabrichnaya, Olga & Lippmann, Stephanie
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“Temperature gradients for characterizing intermetallics”, Intermetallics 2021, Kloster Banz
S. Lippmann & M. Rettenmayr
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Formation of a nanoscale two-phase microstructure in Cu–Zn( Al) samples with macroscopic concentration gradient. Materials Characterization, 192, 112229.
Walnsch, Alexander; Kaaden, Tobias; Fischer, Peter D.B.; Motylenko, Mykhaylo; Seyring, Martin; Leineweber, Andreas & Lippmann, Stephanie
