L'analyseur de conductivité thermique dans le domaine des céramiques et des matériaux composites isolants à très haute température est confronté au triple défi de l'adaptation technique, des caractéristiques des matériaux et de l'environnement de mesure, qui nécessite une détection précise grâce à une percée Collaborative multidisciplinaire.

Le défi de l’adaptation technique

Les matériaux à très haute température (tels que ZrC, composites à base de HFC) ont une large plage de conductivité thermique (0,1 - 20 W / M · K) et une seule technologie traditionnelle est difficile à couvrir la gamme complète. La méthode par flash laser (LFA), bien qu'applicable aux matériaux à conductivité thermique moyenne à élevée, est susceptible d'être perturbée par le rayonnement thermique lors de la mesure de céramiques à faible conductivité thermique, telles que les renforts en fibres d'alumine; La méthode hotline impose des exigences élevées en matière de stabilité au contact des matériaux pulvérulents ou hétérogènes, tels que les céramiques poreuses imprimées en 3D, entraînant des fluctuations de données de plus de 15%. En outre, la limite supérieure de température de l'équipement existant est généralement inférieure à 1800 ℃, tandis que la céramique à très haute température est en service au - dessus de 2000 ℃, il est nécessaire de développer un capteur résistant à haute température avec une Chambre d'essai Composite vide / gaz inerte pour éviter l'interférence de l'oxydation du matériau avec les résultats de mesure.

Le défi des caractéristiques des matériaux

Les propriétés de conductivité thermique anisotrope des céramiques à très haute température sont remarquables. Par exemple, les composites SiC renforcés de fibres de carbone peuvent avoir une conductivité thermique allant jusqu'à 80 W / m.k dans le sens des fibres et seulement 15 W / m.k dans le sens vertical, et les méthodes de mesure unidimensionnelles traditionnelles ne peuvent pas capturer la distribution de flux de chaleur tridimensionnelle. Dans le même temps, les défauts tels que les microfissures, les pores et autres dans le matériau déclenchent des mutations locales de résistance thermique, entraînant une erreur de mesure de la méthode à l'état stable de plus de 20%. Pour les matériaux fonctionnels à gradient, tels que les structures composites lamellaires métal - céramique, il est nécessaire de combiner l'imagerie thermique infrarouge avec la simulation par éléments finis pour construire un modèle de conduction thermique dynamique afin de corriger les effets limites.

Mesurer les défis environnementaux

Dans les tests à très haute température, l'interaction à haute température du matériau avec le capteur peut modifier la résistance thermique du contact. Par exemple, les thermocouples platine - Rhodium Fluent au - dessus de 1600 ° C, ce qui entraîne une chute de la pression de contact, ce qui rend les mesures de la méthode de flux de chaleur faibles. En outre, l'environnement oxydant (par exemple, les essais au four à air) peut former une couche d'oxyde vitreux à la surface du matériau, dont la conductivité thermique diffère de plus de 3 fois de celle de la matrice, il est nécessaire d'analyser l'épaisseur de la couche d'oxyde par diffraction des rayons X in situ et d'établir un modèle de corrélation dynamique « composition - structure - conductivité thermique». À l'heure actuelle, seul le chauffage à l'arc électrique et les tests d'éléments d'ionisation simulent partiellement le choc thermique dans un flux d'air hypersonique, mais le coût de l'équipement dépasse les millions de yuans, ce qui limite son application d'ingénierie.