导热系数测量方法.ppt

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1、导热系数测量方法2012031510鞠春光1前言在某些应用场合，了解材料的导热系数，是测量其热物理性质的关键。例如，耐火材料常被用作炉子的衬套，因为它们既能耐高温，又具有良好的绝热特性，可以减少生产中的能量损耗。航天飞机常使用陶瓷瓦作挡热板。陶瓷瓦能承受航天飞机回到地球大气层时产生的高温，有效防止航天器内部关键部件的损坏。在现代化的燃气涡轮电站，涡轮的叶片上的陶瓷涂层（如稳定氧化锆）能保护金属基材不受腐蚀，降低基材上的热应力。有效的散热器能保护集成电路板与其它电子设备不受高温损坏，散热材料已经成为微电子工业领域关键材料。在过去的几十年里，已经发展了大量的导热测试方法与系统。然而，没有任何一

2、种方法能够适合于所有的应用领域，反之对于特定的应用场合，并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于材料的导热系数范围与样品特征，选择正确的测试方法。目前测定方法有两大类：稳态法与非稳态法。2稳态法稳态法是经典的保温材料的导热系数的测定方法，至今仍受到广泛的应用。其原理是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡状态，根据傅里叶一维导热模型Q=-λ·ΔT/Δx,由通过试样的热流密度ˎ两侧温差和厚度，计算得到导热系数。2.1热流计法2.2保护热板法3非稳态法非稳态测量法是最近几十年内开发的导热系数测量方法，用于研究中、高导热系数材料，或在高温度条件下进行测量。动态法的特点是精确性高

3、、测量范围宽（最高能达到2000℃）、样品制备简单。3.1热线法已建立起数种绝热材料在高温下导热系数的测量方法，其中唯一的一种国际标准方法是热线法(IS08894)。热线法是在试样中插入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。由于被测材料的导热性能决定这一关系，由此可得到材料的导热系数。非稳态热线法测定导热系数的数学模型为测量热线温升的方法一般有3种。其中，交叉线法是用焊接在热线上的热电偶直接测量热线的温升；平行线法是测量与热线隔着一定距离的一定位置上的温升；热阻法是利用热线(多为铂丝)电阻与温度之间的关系

4、得出热线本身的温升。热线法适用于测量不同形状的各向同性的固体材料和液体。3.2激光闪射法激光闪射法直接测量材料的热扩散性能。在已知样品比热与密度的情况下，便可以得到样品的导热系数。激光闪射法的特点是，测量范围宽（0.1~2000W/m·K）测量温度广（-110~2000℃），并适用于各种形态的样品（固体、液体、粉末、薄膜等）。此外，激光闪射法还能够用比较法直接测量样品的比热；但推荐使用差示扫描量热仪，该方法的比热测量精确度更高。密度随温度的改变可使用膨胀仪进行测试。应用激光闪射法时，样品在炉体中被加热到所需的测试温度。随后，由激光器产生的一束短促激光脉冲对样品的前表面进行加热。热量在样品中

5、扩散，使样品背部的温度上升。用红外探测器测量温度随时间上升的关系。Thankyou