Wärmeleitfähigkeitsmessgerät Hot Disk

Neue Wärmeleitfähigkeitsmethode

Wer wissen will, wie schnell sich die Wärme in einem beispielsweise 30 cm Durchmesser großen Werkstück ausbreitet, bedient sich z.B. der Plattenmethode als Standardmessung für die Wärmeleitfähigkeit. Für neue Anwendungen in den Materialwissenschaften, z.B. für anisotrope Polymere, die mit Partikeln oder Fasern gefüllt sind, und wenn die Wärmeleitfähigkeit in verschiedenen Raumrichtungen axial und radial gemessen werden soll, kann mit bisherigen stationären Verfahren nichts mehr ausgerichtet werden.

Eine neue Methode, auch als Transient Plane Source Technik bezeichnet, arbeitet instationär und bedient sich eines flächigen Sensors – dem Hot Disk Sensor. Dieser hat zwei Aufgaben: Er dient als Heizquelle und gleichzeitig als Temperatursensor bei einem Messbereich von 0,01...400 W/mK. Während der Messung wird der Sensor zwischen die Probe eingebettet. Nach der Thermostatisierung läuft ein Heizstrom durch den Sensor, der sich erwärmt, und dadurch lässt sich die Temperaturänderung im Sensor messen. Diese Temperaturänderung – genau genommen eine Temperaturerhöhung – hängt von der Wärmeleitfähigkeit der Probe ab. Je besser die Wärmeleitfähigkeit der Probe, desto geringer steigt die Temperatur im Sensor an, da ja hier die Wärme schnell an die Umgebung abgeleitet wird. Die Temperaturerhöhung im Sensor beträgt maximal einige Kelvin.

Aufgrund des Messprinzips und variabler Sensorgrößen von 1...60 mm Durchmesser können unterschiedlich große Proben vermessen werden. Neben der Standardmessung für kompakte Proben mit gewissen Mindestabmessungen können mit dieser Methode jedoch auch Schüttungen unter realistischen Bedingungen, d.h. mit Lufteinschlüssen, gemessen werden. Der Sensor wird hierzu einfach in das Schüttgut „getaucht“. Auch Flüssigkeiten mit Viskositäten größer/gleich Wasser sind messbar. Hierzu wird der Sensor ebenfalls einfach in die Flüssigkeit eingetaucht. Die Messmethode ist aber auch für die Charakterisierung anisotroper Werkstoffe, für dünne Filme oder Schichten bis hin zu 10 µm geeignet.

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