DLF 1200

Source laser collimatée haute énergie

La source à impulsions du DLF 1200 est une source laser de Classe 1 au néodyme : source à impulsions laser à verre de catégorie 1 Nd, d’une énergie de 25 joules. Elle produit une pulsation monochromatique collimatée par nature sur la surface de l’échantillon. Le surcroît d’énergie d’impulsions de lumière fourni à la surface de l’échantillon pendant la mesure se traduit par une meilleure qualité de signal au niveau du détecteur. Le DLF 1200 est le seul système capable de fournir une puissance de 25 joules, ce qui constitue un avantage déterminant pour une conception sur paillasse à lumière flash. Grâce à sa capacité énergétique supérieure de 65 % aux systèmes flash au xénon, le DLF 1200 permet d’analyser plus facilement des échantillons plus épais, ou à faible conductivité, ou à faible émissivité (surface brillante). Le supplément de puissance permet de réaliser des analyses plus précises jusqu’à 1 200 °C, au-delà des capacités des systèmes à source xénon.

Efficacité énergétique supérieure sans système optique complexe

Le laser du DLF 1200 est très rapproché de l’échantillon, ce qui garantit la meilleure transmission énergétique des pulsations intrinsèquement cohérentes sur la surface de l’échantillon. Il en résulte une impulsion de rayonnement de haute qualité, ciblée avec précision sur l’échantillon. Cette conception élimine le besoin d’une optique complexe pour collimater et distribuer la lumière, comme le requièrent les systèmes à source xénon.

Régulation de température fiable et uniformité jusqu’à 1 200 °C

Le DLF 1200 est doté d’un four robuste et fiable chauffé par résistance, qui offre une précision en température et une uniformité de première qualité. La capacité du four à assurer une régulation de température précise à la valeur ciblée, en particulier aux températures élevées au-delà de 1 000 °C, garantit la détection correcte de la légère élévation de température de 1 à 2 degrés qui se produit lors de l’impulsion d’énergie, pour obtenir la mesure de diffusivité thermique la plus précise. Le chauffage uniforme sur la totalité du tiroir à quatre positions améliore fortement la répétabilité au cours du même essai, et garantit que les échantillons inconnus et les étalons de chaleur spécifique sont analysés dans les mêmes circonstances thermiques, afin d’offrir une qualité maximale de détermination de la conductivité thermique. Le four peut être utilisé dans l’air, dans un gaz inerte ou sous vide.

Automatisation fiable

Le DLF 1200 est fourni en standard avec un passeur automatique d’échantillons breveté*, qui permet d’améliorer fortement la productivité du laboratoire. Le passeur automatique d’échantillons peut être configuré avec différents tiroirs d’échantillons qui permettent d’accepter quatre échantillons ronds ou carrés jusqu’à 12,7mm de diamètre ou de côté, ou deux échantillons jusqu’à 25,4 mm. L’épaisseur d’échantillon maximale est de 10 mm. En outre, des dispositifs de fixation spéciaux pour liquides, poudres, stratifiés et pour l’analyse dans un plan de films minces et de matériaux à très haute diffusivité, sont disponibles. Le système offre une flexibilité totale qui permet de charger simultanément dans le tiroir du passeur automatique d’échantillons différents dispositifs de fixation.

*Brevet US n° 6,375,349 B1

Les avantages d’un laser puissant pour la précision des données

La précision définit l’écart d’un ensemble de mesures par rapport à la valeur exacte. Elle est généralement évaluée en analysant de manière répétée le même échantillon dans les mêmes conditions et en comparant les résultats aux données de référence. Pour un système à lumière flash, la capacité à effectuer des mesures précises repose sur la conception intégrée de tous ses composants pour fonctionner comme un tout. Ces composants sont la source de lumière, la production des impulsions, le détecteur et le four. Une source laser constitue un avantage en raison de la puissance de l’impulsion laser. La puissance du laser est déterminante lorsque l’épaisseur de l’échantillon augmente, car l’énergie à transférer vers l’échantillon pour détecter une augmentation de température sur la face opposée est plus importante.

Pour démontrer les capacités supérieures du DLF 1200, quatre échantillons d’un matériau très bien caractérisé, l’acier inoxydable 304L, d’une épaisseur allant de 1 à 10 mm environ, ont été testés et comparés aux valeurs théoriques.

Le graphique en haut à droite indique les résultats de diffusivité thermique pour les quatre échantillons, comparés aux valeurs théoriques pour l’acier inoxydable, et accompagnés de barres d’erreur de ± 3 % par rapport aux valeurs théoriques. La précision est invariablement meilleure que la spécification de 3 % de l’instrument pour les échantillons d’une épaisseur appartenant au même ordre de grandeur, prouvant ainsi la performance supérieure du système de paillasse à lumière flash le plus puissant du monde.

Conductivité thermique de haute qualité

Le cuivre exempt d’oxygène, à haute conductivité (cuivre OFHC) est un matériaux bien caractérisé, généralement utilisé comme échantillon de référence pour l’évaluation de la qualité des mesures des propriétés thermophysiques avec les instruments à lumière flash. La figure en bas à droite indique la diffusivité thermique, la chaleur spécifique et la conductivité thermique des échantillons de cuivre OFHC analysés sur le DFL 1200. Les résultats de diffusivité thermique et de chaleur spécifique correspondent quasi-parfaitement aux valeurs de référence sur toute la plage de température applicable. La haute qualité de ces résultats permet à son tour d’obtenir des résultats de calcul de conductivité thermique situés dans la plage de tolérance de 3 % par rapport aux données attendues.

Fiabilité des résultats avec le passeur automatique d’échantillons breveté

Lors des mesures en lumière flash, l’alignement de l’échantillon avec le trajet de l’impulsion lumineuse et le détecteur est déterminant pour l’obtention de résultats précis. Le passeur automatique d’échantillons breveté du DLF 1200 est conçu pour assurer le positionnement précis de chaque échantillon successivement, afin de remplir cette condition. Le graphique à droite montre quatre échantillons d’acier inoxydable chargés dans le passeur automatique d’échantillons et analysés en séquence depuis la température ambiante jusqu’à 900 °C. Toutes les valeurs de diffusivité thermique sont situées dans une plage de ±0,5 % autour de la valeur attendue, ce qui est nettement inférieur à la spécification de répétabilité de ±2 %. Les illustrations ci-dessous montrent différentes configurations de tiroirs du passeur automatique d’échantillons.