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Conductivité thermique de céramiques

L’exemple d’application qui suit porte sur la mesure de conductivité thermique de céramiques avec le conductivimètre portable TLS-100.

Il est important de pouvoir mesurer avec précision la conductivité thermique des matériaux afin de déterminer leurs potentielles applications. La mesure de la conductivité thermique des céramiques peut être réalisée de diverses manières, mais toutes les méthodes ne sont pas identiques. La précision de chaque méthode est un facteur déterminant, tout comme la durée ou la facilité de mise en place d’un essai.

Le conductivimètre portable de Thermtest, le TLS-100, effectue des mesures de conductivité thermique et de résistance thermique sur des sols, des solides, des poudres et des liquides visqueux sur une plage de 0,1 à 5 W/m.K. Les mesures sont effectuées conformément à la norme ASTM D5334 avec une reproductibilité de 2% et une précision de 5%. Cet équipement est un excellent choix pratique pour une utilisation aussi bien sur le terrain qu’en laboratoire. Le TLS-100 peut fonctionner à des températures comprises entre -40°C et 100°C. Dans cette application, nous allons étudier les propriétés thermiques de deux céramiques : la stéatite et l’alumine cuite, deux matériaux importants dans les applications industrielles.

La stéatite est très prisée pour ses propriétés isolantes et résistantes à la chaleur. Elle est largement utilisée dans les panneaux électriques, la fabrication des poêles à bois, les plans de travail et les moules pour le métal en fusion. En effet, la stéatite a une grande capacité à absorber et à libérer lentement la chaleur à laquelle elle est exposée, sans devenir instable ou se détériorer. Les propriétés physiques de ce matériau peuvent varier entre les différentes carrières selon les compositions minérales, les conditions de pression et les conditions de température pendant la formation. À l’instar de la stéatite, l’alumine cuite est utilisée dans les applications aérospatiales, automobiles et industrielles à grande échelle en raison de ses propriétés isolantes à haute température. C’est un matériau qui peut être facilement façonné et usiné, ce qui en fait un choix pratique.

Transient Line Source TLS-100 : appareil portable de mesure de la conductivité thermique des sols et roches

Le TLS-100 est un instrument de mesure portatif. Il peut être utilisé en laboratoire sur des échantillons prélevés sur le terrain, ou directement in situ, sur le terrain.

 

Réalisation des essais de conductivité thermique de céramiques

Conductivité thermique de céramiquesPour réaliser un essai, la sonde du TLS-100 est insérée dans l’échantillon et les mesures sont faites sur une période de temps prédéfinie durant laquelle l’échantillon est chauffé puis laissé à refroidir. Cette configuration permet de minimiser les risques d’endommagement de l’échantillon suite aux mesures. Pour ces essais spécifiques, les scientifiques de Thermtest ont découpé des échantillons d’alumine cuite et de stéatite en deux. Ils ont ensuite recouvert la sonde du TLS-100 d’une fine couche de pâte thermique, puis l’ont placée en sandwich entre les deux morceaux découpés de chaque échantillon, assurant un excellent contact thermique. Pour chaque échantillon, cinq mesures de 120 secondes ont été réalisées. Le TLS-100 mesure à la fois la conductivité thermique et la résistance thermique de l’échantillon.

 

Résultats des mesures de conductivité thermique de céramiques

Les valeurs de conductivité thermique et de résistance thermique mesurées par le TLS-100 sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous. La conductivité thermique moyenne mesurée pour l’alumine cuite est de 5,077 W/m.K. Cette valeur se situe dans la plage de conductivité thermique attendue pour ce matériau comprise entre 5 à 5,25 W/m.K. Pour la stéatite, la valeur de conductivité thermique moyenne mesurée est de 3.107 W/m.K, ce qui est également cohérent avec la valeur de référence annoncée pour ce matériau à 3 W/m.K.

Alumine cuite  Stéatite
Essai n° Conductivité thermique (W/m.K) Résistance thermique (W/m.K) Essai n° Conductivité thermique (W/m.K) Résistance thermique (W/m.K)
1
 5.005  0.199 1  3.098  0.322
2
4.953  0.201 2  3.076  0.325
3
 5.137  0.194 3  3.203  0.312
4  5.181  0.192 4  3.085  0.324
5  5.108  0.195 5  3.075  0.325
Moyenne  5.077  0.196 Moyenne  3.107  0.322

 

 

 

Tableau 1. Conductivité thermique des sols secs et humides. Les valeurs moyennes affichées sont calculées sur la base des 3 essais pour chaque sol.

Conclusion

Conductivité thermique de céramiquesCes essais démontrent la capacité du TLS-100 à mesurer la conductivité thermique de la céramique rapidement et avec précision, le tout avec un minimum de dommages pour l’échantillon lui-même. Le TLS-100 est donc un très bon choix de conductivimètre portable pour la mesure de conductivité thermique et résistance thermique des matériaux, pouvant être utilisé à la fois sur le terrain ou en laboratoire sur une grande variété d’échantillons.

En savoir plus sur le TLS-100

Pour en savoir plus sur cet analyseur thermique, retrouvez toutes les informations et spécifications de ce produit sur notre page internet dédiée au TLS-100. Vous pourrez également y télécharger une plaquette ou demander un devis.

Découvrir le TLS-100