导热系数测量方法2012031503

导热系数测量方法
2012031503 崔力
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
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
• 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 。
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、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(IS0 8894 )。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
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
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品的前表面进行加热。热量在样品中扩散，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。
有任何一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。