English Russian

  ИТФ УрО РАН. Основан в 1988 г.


Результаты исследований:

Измерения теплофизических свойств металлов и сплавов на образцах малых размеров при высоких температурах и давлениях

Разработана методика и создан автоматизированный измерительный комплекс для определения температуропроводности металлов и сплавов методом плоских температурных волн в интервале температур от 800 K до 1300 K и высоких давлениях на образцах диаметром 0,5-5 мм и толщиной 0,03-0,04 мм. Температурные волны в образце генерируются модулированным излучением лазера. Для создания всестороннего давления образец помещается между прозрачными наковальнями Бриджмена.



1 - лазер; 2 - фотодатчик; 3 - регулятор питания; 4 - блок питания; 5 - модулятор; 6 - оптическая головка; 7 - камера с образцом; 8 - микропирометр; 9 - преобразователь; 10 - управляющая ЭВМ; 11 - сумматор; 12 - блок управления модулятором;

Для обеспечения гидростатических условий нагружения образца, между наковальнями создается прослойка из жидкого ксенона или аргона. В случае использования наковален из лейкосапфира достигаются давления до 2 ГПа при температурах до 1500 К.
В качестве примера представлены результаты наших исследований термобарических зависимостей температуропроводности чистого железа при высоких температурах.



Зависимость обратного значения температуропроводности чистого железа от температуры и давления: 1- 0,1 МПа; 2- 1 ГПа; 3- 2 ГПа.

Измерения теплофизических свойств металлов и сплавов в интервале температур от 600 К до 3000 К.

Разработана теория динамического метода плоских температурных волн, позволяющая выполнять измерения температуропроводности тонких металлических пластин в условиях непрерывного нагрева как в твердом, так и в жидком состояниях.
На основе этого создан специализированный измерительный комплекс, осуществляющий автоматизированную амплитудно-фазовую обработку параметров переменного температурного поля, создаваемого в исследуемых металлических образцах модулированным потоком электронов, в условиях быстрого нагрева (до 1000 K/c) в интервале температур 900 - 3000 K с температурным шагом 1 - 3 K. Измерительный комплекс позволяет определять температуропроводность металлов и сплавов вблизи структурных и магнитных фазовых превращений, включая область существования жидкой фазы, на образцах в форме тонких плоскопараллельных пластин диаметром 10 мм и толщиной не более 1 мм с погрешностью, не превышающей 3,5 % и разрешающей способностью около 0,5 %. Синхронно с измерениями температуропроводности можно контролировать состояние образца с помощью телекамеры.
С помощью этой аппаратуры выполнены высокотемпературные измерения температуропроводности практически всех переходных металлов, включая Fe, Co, Ni, Ti, Mo, W, Ta , а также большого числа различных металлических сплавов, и впервые получены данные о поведении температуропроводности металлов и сплавов вблизи температур структурных и магнитных фазовых превращений как в твердом, так и в жидком состояниях.
На основе метода плоских температурных волн разработан еще один измерительный комплекс для определения температуропроводности металлов, сплавов, диэлектриков и композиционных материалов в инертной атмосфере (гелий) в квазистационарных условиях в интервале температур от 600 K до 2000 K c погрешностью 2 % и разрешающей способностью 0,3 % (образцы - плоские диски или пластины толщиной 0,1- 1 мм и диаметром 12 мм). Генерация температурных волн создается модулированным излучением лазера.
В качестве примера на рисунках представлены результаты наших измерений температуропроводности сплавов Fe-Co и Fe-Ni при высоких температурах.



Лазерный бесконтактный метод контроля качества покрытий и теплофизических свойств слоистых и неоднородных материалов - "Оптическая тепловая микроскопия"

Суть метода заключается в том, что сфокусированное модулированное лазерное излучение возбуждает в образце температурную волну, амплитуда и фаза которой несут информацию о теплофизических свойствах облучаемой области, а также о качестве теплового контакта покрытия. Амплитуда и фаза температурной волны определяются по изменению поляризации отраженного излучения пробного лазера. Сканирование объекта исследования по двум координатам относительно пятна греющего лазера позволяет определять неоднородность теплового контакта покрытий и неоднородность теплофизических свойств по площади (см. "Лазерный бесконтактный метод контроля качества покрытий…". Важнейшие законченные научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки УрО РАН 2002 г. c. 128. (скачать в виде pdf файла) 

Основные параметры установки:

  • прямое измерение теплофизических свойств с открытой поверхности без изготовления образца;
  • измерение качества тепловогоо контакта и теплофизических параметров с локальностью от 102 мкм2;
  • диапазон толщин пленок - 0,01 до 3 мм;
  • измерение адгезионных свойств и коэффициента температуропроводности в интервале температур 80 - 700К и значений от 10-5 до 10-7 м2/с;
  • время измерения - от 0,01 с в режиме тест-контроля до 10 мин при сканировании;
  • полная автоматизация измерений и возможность восстановления двумерной картины качества теплового контакта и адгезии;
  • блочная конструкция, позволяющая варьировать в широких пределах параметры прибора в зависимости от толщины и свойств пленок и подложек.