Détermination des propriétés thermiques

 

Le principe de cet appareil de mesure est le suivant :

 

Figure 1 : Schéma du Laser Flash.

 

L’échantillon est placé dans le porte-échantillon qui se trouve à l’intérieur d’un four. L’échantillon est chauffé à une température prédéterminée, ensuite sa face avant absorbe une grande quantité d’énergie via un laser pulsé assurant un chauffage uniforme sur la face avant. L’augmentation relative de température sur la face arrière de l’échantillon est mesurée en fonction du temps à l’aide d’un détecteur IR. La diffusivité thermique est calculée par le software en utilisant les données de cette augmentation de température en fonction du temps.

La conductivité thermique est calculée à partir des paramètres mesurés ou calculés par dilatométrie, DSC et laser flash selon la formule suivante :

 

         l (T) = a(T) r (T) C_p(T)         où              l (T) est la conductivité thermique (w/mK)

                                                   a(T) est la diffusivité thermique (cm²/s)

                                                                                    r (T) est la masse spécifique (g/cm³)

                                                                                    C_p(T) est la chaleur spécifique (J/gK)

 

A titre d'exemple, la figure 2 montre l’évolution de la diffusivité thermique du cuivre pur lors d’une montée en température jusque 1300°C suivie d’un refroidissement. Le changement important de la diffusivité thermique aux alentours de 1080°C correspond à la fusion (chauffage) et à la solidification (refroidissement) du cuivre pur. Le point de fusion du cuivre pur étant de 1083°C.

Figure 2 : Evolution de la diffusivité thermique du cuivre pur en fonction de la température.

 

Signalons que la masse spécifique et la chaleur spécifique ne sont souvent connues qu’approximativement puisqu’il est difficile de trouver dans la littérature les caractéristiques exactes du matériau étudié spécifiquement. Toutefois, une valeur exacte de la masse spécifique et de la chaleur spécifique peut être obtenue pour le matériau étudié à l’aide d’un appareil d’analyse thermique différentielle couplé à une thermogravimétrie et d’un dilatomètre.