白雲石的導熱係數

白雲石(Dolomite)是一種天然存在的碳酸鹽礦物,約佔地殼的 2%。 它可以在全球範圍內開採,主要存在於淺海環境中。 石頭可能是無色、白色、粉紅色或藍色,通常與石灰石互層。 白雲石廣泛應用於各個行業,包括建築、農業、玻璃,甚至鋼鐵。

了解材料的導熱率對於建築材料的設計和製造尤為重要。 在選擇哪種礦物最適合作為熱導體或絕緣體時,需要熱導率數據。 此外,具有較高熱導率的礦物通常比較低熱導率的礦物具有更好的耐候性。

那麼如何測試大型礦物的熱特性呢? 在此應用中,我們將使用改進的瞬態平面源 (MTPS) 測試大量白雲石樣品的導熱係數 (W/m·K)、熱擴散係數 (mm²/s) 和體積比熱 (MJ/m³K) )替代配置中的傳感器。

圖1 . MTPS 傳感器的配置

設備和材料

使用帶有改進瞬態平面源的多功能測量平台(MP-V) 測量大量白雲石樣品的導熱係數(W/m·K)、熱擴散率(mm²/s) 和體積比熱(MJ/m³K ) (MTPS)傳感器。 MP-V 可測量非對稱配置中各向同性、各向異性、板狀和一維材料的導熱率和熱擴散率。

白雲石(Dolomite)

白雲石是碳酸鹽礦物的一種形式。 這種礦物天然含量豐富,佔地殼的 2%,主要存在於湖泊或淺海海底之下。 它呈白色、棕褐色、粉紅色或藍色晶體。 白雲石的莫氏硬度為 3.5 至 4,並且相當脆。 雖然這種礦物的用途有限,但白雲石(也稱為白雲石)的岩石形態由於其尺寸和可用性而具有巨大的用途。 玻璃、陶瓷和鋼鐵的生產使用白雲石。 白雲石是氧化鎂的極好來源,使其可用作礦物質補充劑、土壤肥料和動物飼料。 您可以將其用作裝飾石材,也可以將其粉碎用於路基、鐵路路基和混凝土骨料。 為了確保選擇最佳材料來實現目標,了解白雲石的熱性能至關重要。

圖2. 白雲石

MP-V測量平台

MP-V 測試固體、液體、糊劑和粉末的絕對導熱率、熱擴散率、比熱和熱流出率。 MP-V 將瞬態平面源(TPS、ISO 22007-2)和瞬態熱線(THW、ASTM D7896-19)方法與各種兼容傳感器完美結合。

瞬態方法具有相似的理論,但其主要設計存在差異。 電源和傳感電路電連接至傳感器。 電流通過傳感器併升高溫度,並隨時間記錄溫度。 然後,產生的熱量以取決於材料熱傳輸特性的速率擴散到樣品中。

MP-V 具有專為測試和分析自動化而設計的專有智能瞬態平面源 (iTransient) 功能。 iTransient 只需要用戶輸入樣品名稱,即可確定每個樣品的適當傳感器和測試參數。

MP-V
圖3. MP-V測量平台
優化式瞬態平面熱源感測器
圖 4. MTPS感測器

結果

使用我們的絕對 MTPS 傳感器在替代配置中測量單塊白雲石。 借助專有的 iTransient Plane Source (iTransient) 應用程序確定了 5s 和 300mW 的最佳測量參數。 擴展的傳感器校正自動測量並消除傳感器和样品之間的接觸電阻,保證計算使用盡可能最佳的分析。

白雲石, 5 sec., 0.3W, 21.3 °C, n=5

表 1. 白雲石的熱性質

 

結論

在此應用中,我們使用多功能測量平台 (MP-V) 研究了白雲石的熱性能。 由於樣本量較大,在備用配置中使用 MTPS 傳感器進行測量,具有準確度和可重複性。 白雲石的導熱係數為5.290 W/m·K,與文獻值5.1 W/m·K吻合較好。

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參考資料

Alper, A. M., Doman, R. C., & McNally, R. N. (1981). Mineral properties. Encyclopedia of Earth Science, 276 – 280. https://doi.org/10.1007/0-387-30720-6_82

King, H. M. (n.d.). Dolomite. Geology. https://geology.com/minerals/dolomite.shtml

Thomas, J., Frost, R. R., & Harvey, R. D. (1973). Thermal conductivity of carbonate rocks. Engineering Geology, 7(1), 3–12. https://doi.org/10.1016/0013-7952(73)90003-3

Warren, J. (2000). Dolomite: Occurrence, evolution, and economically important associations. Earth-Science Reviews, 52(1–3), 1–81. https://doi.org/10.1016/s0012-8252(00)00022-2