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1、理化检验-物理分册PTCA(PART:APHYS.TEST.)2008年第44卷2试验技术与方法激光闪光法测定耐火材料导热系数的原理与方法葛山,尹玉成(武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷湖北省重点实验室,武汉430081)摘要:依据激光闪光法测定导热系数的理论基础和物理模型,推导了计算导热系数所需的热扩散系数和比热容两个参数的计算公式,从而阐述了该方法的原理。以美国安特公司产FLASH-LINE-5000型热扩散系数测定仪为例,介绍了激光闪光法测定导热系数设备的主要组成,并简要说明了该设备的操作步骤及导热系数的计算方法。关键词:激光闪光法;导热系数;热扩散系数;比热容中
2、图分类号:TN249文献标识码:A文章编号:1001-4012(2008)02-0075-04PRINCIPLEANDMETHODOFREFRACTORYTHERMALCONDUCTIVITYMEASUREMENTBYLASERFLASHMETHODGEShan,YINYu-cheng(TheHubeiProvinceKeyLaboratoryofCeramicandRefractories,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,China)Abstract:Accordingtothetheoryand
3、physicalmodelofthermalconductivitymeasuringinstrumentbylaserflashmethod,thermaldiffusivityandheatspecificcapacitycalculationformulawerededuced,andinthewaytheprincipleofthemethodwasinterpretedinthetext.TakeFLASHLINE-5000thermaldiffusivityasexample,themainingredientsoftheinstrumentwerein
4、troducedandalsotheoperationprocedureandcalculatingmethodwereillustrated.Keywords:Laserflashmethod;Thermalconductivity;Thermaldiffusivity;Specificcapacity导热系数、热扩散系数和比热容是材料的三大艺等都很敏感,所以至今为止,除了在一定温度范围重要热物理性质,是评价和衡量材料能否适用于具内可以用德拜模型对材料的摩尔热容进行计算外,[1][1]体热过程的技术依据,也是进行有关工程设计和其他的热物理参数仍需借助试验方法测定。
5、[2][5]计算的重要参数依据。导热系数对使用于高温条自Parker等于1961年提出并研制成功用激件下的耐火材料来说则更具有重要的意义,特别是光脉冲技术测量材料的热物理性能以来,由于这种对于要求保温性能的耐火材料和高导热性能的含碳测量技术具有所用试样小、测试周期短和温度范围[6]及碳化硅质耐火材料,导热系数是该类产品的一项宽等一系列优点而得到广泛的研究和应用,并且[7-10]关键技术指标,在相关的产品标准中都予以了规经过众多学者的不断发展和完善,目前已经成[3,4]定。尽管人们一直不断地探索材料热物理性能为了一种成熟的材料热物性测试方法。但目前我国的理论模型和理论
6、计算方程,但是由于热物理性能测量耐火材料导热系数仍以平板法、十字热线法和[11]对材料组成、晶体结构、显微结构以及材料的制备工平行热线法三种方法为主,激光闪光法还尚未得到广泛的推广和应用。为此,笔者对激光闪光法测收稿日期:2007-08-06定耐火材料导热系数的原理和方法作一介绍。作者简介:葛山(1951-),男,高级工程师。#75#理化检验-物理分册葛山等:激光闪光法测定耐火材料导热系数的原理与方法22-nP1激光闪光法测量导热系数的原理exp(At)](5)L定义两个参数:1.1激光闪光法测量导热系数的理论基础V(L,t)=T(L,t)/TMax(6)激光闪光法
7、测量材料导热系数的原理是根据导22X=PAt/L(7)热系数K与热扩散系数A、比热容cp和体积密度Q[13]式中TMax为试样背面温升的最大值,并有:三者之间的关系,如式(1)给出,首先测出试样的TMax=Q/LQcp(8)体积密度Q,然后分别或者同时测量出材料的热扩那么联立式(5),(6),(7)和(8)得到:散系数A和比热容cp,则根据式(1)即可计算出材料]n2的导热系数。V(L,t)=1+2E(-1)exp(-nX)(9)n=1K=AQcp(1)当V(L,t)=0.5时,由式(9)得X=1.37,代入激光闪光法的物理模型是,如果能量为Q的激式(10)中即
