Laser-Flash-Verfahren bestimmt thermische Eigenschaften

Für die Bestimmung der thermophysikalischen Diffusivität k (Einheit: m²/s) von Materialien wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) das Laser-Flash-Verfahren entwickelt.

Mit der dort aufgebauten Anlage lässt sich fast jedes Material und jedes Schichtsystem in einem Temperaturbereich zwischen 25 °C und 1450 °C charakterisieren.

Bei dem Laser-Flash-Verfahren wird die Vorderseite einer zylindrischen Probe durch einen kurzen Laser-Impuls erwärmt. Auf der Rückseite der Probe wird dann der Temperaturverlauf mit einem Infrarot-Sensor gemessen.

Aus dem Kurvenverlauf lässt sich dann die thermische Diffusivität der Probe sehr genau bestimmen, dabei werden die Wärmeverluste über den Probenhalten etc. mit berücksichtigt. Die Methode kann bei nahezu allen Materialien und Materialsysteme benutzt werden. Ausnahme: Sie dürfen nicht transparent für infrarotes Licht sein.

Die Anlage am DLR verwendet einen 30-kW-Laser, der einen Ausgangsimpuls bis zu 20 Joule abgeben kann. Der Laser arbeitet bei einer Wellenlänge von 1064 nm, die Impulsdauer ist einstellbar zwischen 0,3 und 1,2 ms. Der Messbereich der Anlagen reicht von 0,001 bis 3 cm²/s, in diesem Bereich liegen die k-Werte nahezu aller interessierenden Materialen.

In der Probenkammer lassen sich Temperaturen bis 1450 °C realisieren. Die Genauigkeit des Absolutwertes liegt bei etwa 5 Prozent, der Messfehler beträgt mit drei Einzelmessungen pro Temperaturwert etwa 2 Prozent.