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1、DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.1980.06.015激光脉冲法热物理性能的测定(低温部分郭一玲尹克廷黄丹桂姚隆卿(冶金工业部有色金属研究总院,、,P、a激光脉冲法测址热物理参数具有试样小速度快且一次实验可同时获得比热(C)热扩散率()和导热率。,(久)三个参数的特点本文对实验装置和实验技术进行了研究和改进并应用电子计算机对一些,。,影响侧皿精度的因素作了必要的处理和修正获得了较为满意的结果在一196℃至室温的温度范围内测、。a、P又的相对均方误差分别在、定了铁镍等金属的三个热参数测量结果表明C和士6%士4%和土8%以
2、内。、、_、,.月..,`一前~二基本原理口,由在热物理性能测量中于试样与环境一束激光脉冲垂直照射到厚度均匀的圆,以,,之间及试样本身的热流动态分布极为复片试样上使样品前表面瞬时升温随后热,、杂使,得比热热扩散率和导热率等性能的流向试样背面传导根据一维热扩散方程。自从Parker〔1〕Z测定十分困难等人于1961刁T刁T.不万下a州只二二了=U、一(1)年提出用闪光法同时测定热扩散率比热和dt口人,,导热率以来该法立即受到了广泛的重视,1)代人初始条件和边界条件解方程(得。,,、并得到了迅速的发展和应用此后80%以试样背面x二L处任一时
3、刻t的温度T(L上的热扩散率的数据都是采用此法测得t)〔1〕。、、〔2〕的该法具有试样小测量时间短测·、Q`+2(一1),T(Lt)=P址温度范围广特别是一次实验可以同时测PCL〔轰、P。2出aC和几的优点但其缺点是精度较一(2)号),C,的,。〕低尤其是对测定技术上更为困难。,,式中:Q试样吸收的能量近十多年来人们做了大量的工作企图寻、、、pP—。CL分别为试样的密度比找新的途径解决能量和比热的测量问题如热和厚—。eggsills〔3〕,P和M的直接测定法中南矿冶度,a学院的复合黑体腔法〔4〕科学院金属研究解(2)式得热扩散率____
4、,``_Z.。,,,、,。、〔5〕。L~所的激光脉冲加热降温法等本文在前人。“a=U1乃日二吸周乳术/下少,Lj,LI/2,—经验的墓础上〔6〕对一些实验技术问题进:t,/2。行了研究和改进在较差的仪器设备条件式中为试样升至最高温度的一半所需。,,下在一19o6C至室温的温度范围内对时间,、P、a,如果知道激光脉冲的能量Q则可由下铁镍等材料的C和几进行了测量。P、实测结果与文献值符合较好Ca和几:一注日1979年产TC3000型激光热本真空理工常数测、的相对均方误差分别为士4%士6%和,P、a定仪其C和又的最大相对误差分别为。。〔7〕、
5、士8%接近日本同类设备水平注士7%土3%和士10肠,·=apCp··几(卡/厘米)(6)度秒。:PQ式中是样品的密度Cp=(4)m△T、:m和△T、三实验式中分别为试样的质量和最高温。,升然而激光器发出的激光能量是不稳定(一)装里概述,。,。的精确测量Q非常困难多年来研究者实验装置如图l由钦玻璃激光器产生。.Q上做了大量工作,们在测定多数人是采用光斑为必12毫米的脉冲激光束波长为106。。相对测量法(或称比较法)即选一已知比微米其能量大小可由改变电容和电压来调,。。热的样品作为标样在标样和试样前表面节激光束通过的路径如图1所示当试样,M
6、。(即激光照射表面)加一涂料(如胶体石接收到激光能量后温度迅速升高△T试,。一墨)薄层使试样和标样对激光具有相同的样背面点焊上铜康铜热电偶样品背面升。,吸收率当激光束通过分光镜时其能量被温产生的热电势经过补偿和放大输入到光线,,,分成两部分一部份反射进人炭斗能量计示波器由示波器记录求出△T与时间t的j,。P;另一部份穿过分光镜读数为经过直角关系曲线(图2)加热用发热体和试样系、,,。三棱镜透镜射到样品表面使样品温度升统均密封在真空室中真空室整个置于液氮。。。M高△T这两部份能量有一定的比例关系对杜瓦瓶内,TI“标样和待测试样分别用激光脉
7、冲照射得两,〔6〕:x组关系式联立求得比热计算式T川。l·MI·Zm△TPPZPzC二C,mZ·△TMZ·PI1,几犷口IM`(卡/克·)(5)度,、M:、,、P,式中:m△TPC分别为标样的、—、半半质量最高温升能量计读数和比转。图2△T~t关系曲线热Z、MZ、Z、PZm△TpC分别为试样的(二)试样制备及安装、—、,质量最高温升能量计读数和比试样为必10毫米的园片厚度1~5毫米。。。.-热本文采用比较法可变试样背面的温升由功008毫米的铜。康铜热偶测出热偶点焊(或用银糊粘接)在,。试样中心位置两极间距在1毫米之内为,了使试样和标样对
8、激光能量吸收一致在它,们的前表面按相同条件涂上吸收率较大的。,胶体石墨薄层为了保证涂层均匀牢固,胶体石墨用水稍加稀释分次涂抹并进行乾。燥处理制备完好的试样放在一个自制的简,。单装样台上将试样装在试样支持器内
