Máy phân tích dẫn nhiệt trong ứng dụng gốm cách nhiệt siêu cao và vật liệu composite, phải đối mặt với ba thách thức về khả năng phù hợp kỹ thuật, đặc tính vật liệu và môi trường đo lường, cần đạt được phát hiện chính xác thông qua đột phá hợp tác đa ngành.
Thách thức kỹ thuật phù hợp
Phạm vi dẫn nhiệt của vật liệu nhiệt độ cực cao (ví dụ: ZrC, vật liệu composite dựa trên HfC) có phạm vi dẫn nhiệt lớn (0,1-20W/m · K) và các công nghệ đơn lẻ truyền thống khó có thể bao phủ toàn bộ phạm vi. Phương pháp laser flash (LFA), mặc dù thích hợp cho các vật liệu dẫn nhiệt trung bình và cao, dễ bị nhiễu bức xạ nhiệt khi đo gốm dẫn nhiệt thấp, chẳng hạn như chất tăng cường sợi nhôm oxit; Phương pháp đường dây nóng đòi hỏi sự ổn định tiếp xúc cao đối với các vật liệu dạng bột hoặc không đồng nhất, chẳng hạn như gốm xốp in 3D, dẫn đến biến động dữ liệu trên 15%. Ngoài ra, trần nhiệt độ của thiết bị hiện có thường thấp hơn 1800 ° C, trong khi gốm sứ nhiệt độ cực cao phục vụ trên 2000 ° C, cần phát triển cảm biến nhiệt độ cao và buồng thử nghiệm hỗn hợp khí chân không/trơ để tránh sự can thiệp của quá trình oxy hóa vật liệu đối với kết quả đo lường.
Thách thức đặc tính vật liệu
Đặc tính dẫn nhiệt đẳng hướng của gốm sứ nhiệt độ cực cao là đáng chú ý. Ví dụ, vật liệu composite SiC gia cố bằng sợi carbon có độ dẫn nhiệt lên tới 80W/m · K theo hướng sợi và chỉ 15W/m · K theo hướng thẳng đứng, và các phương pháp đo một chiều truyền thống không thể nắm bắt được sự phân bố dòng nhiệt ba chiều. Đồng thời, các vết nứt nhỏ, lỗ chân lông và các khuyết tật khác trong vật liệu có thể gây ra đột biến điện trở nhiệt cục bộ, dẫn đến lỗi đo bằng phương pháp trạng thái ổn định trên 20%. Đối với các vật liệu chức năng gradient (chẳng hạn như cấu trúc phức hợp kim loại-gốm), cần kết hợp hình ảnh nhiệt hồng ngoại với mô phỏng phần tử hữu hạn để xây dựng mô hình dẫn nhiệt động để điều chỉnh hiệu ứng ranh giới.
Đo lường thách thức môi trường
Trong thử nghiệm nhiệt độ cực cao, tương tác nhiệt độ cao của vật liệu với cảm biến có thể làm thay đổi sức đề kháng nhiệt tiếp xúc. Ví dụ, cặp nhiệt điện platinum rhodium có thể bị leo trên 1600 ℃, dẫn đến giảm áp suất tiếp xúc, làm cho phép đo dòng nhiệt thấp. Ngoài ra, môi trường oxy hóa (chẳng hạn như thử nghiệm lò không khí) sẽ làm cho bề mặt vật liệu tạo thành một lớp oxy hóa thủy tinh với độ dẫn nhiệt khác biệt hơn 3 lần so với ma trận, độ dày của lớp oxy hóa cần được phân tích bằng nhiễu xạ tia X tại chỗ và mô hình liên kết động "thành phần cấu trúc dẫn nhiệt". Hiện tại, chỉ có các thử nghiệm kích thích ly khai như sưởi hồ quang có thể mô phỏng một phần tác động nhiệt trong luồng không khí siêu thanh, nhưng chi phí thiết bị là hơn mười triệu nhân dân tệ, hạn chế các ứng dụng kỹ thuật của nó.