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热物性实验室样品尺寸一览

发布时间:2020-03-11

热导率测量方法(fa)和试样尺(chi)寸

    不久前的(de)(de)用户满意度调查(cha)中,有(you)人建议汇(hui)总不同(tong)热导测量方法(fa)的(de)(de)试样(yang)尺寸,所以写(xie)了这(zhei)篇(pian)小(xiao)文(wen)章(zhang),即是梳理也算是对用户的(de)(de)回(hui)应。

    几乎一切技术领(ling)(ling)域都会涉及热(re)(re)(re)(re)现(xian)象,而(er)热(re)(re)(re)(re)导(dao)率是最基(ji)本和(he)(he)重要的(de)(de)(de)热(re)(re)(re)(re)物性参数。在过(guo)去的(de)(de)(de)几十年中(zhong),已发(fa)展了大(da)(da)量(liang)的(de)(de)(de)导(dao)热(re)(re)(re)(re)系(xi)数测量(liang)方法(fa)。然(ran)而(er),到目(mu)前(qian)为止依然(ran)没(mei)有一种(zhong)方法(fa)能够适(shi)合各(ge)种(zhong)材料和(he)(he)各(ge)种(zhong)应(ying)用(yong)场合。要获得(de)准(zhun)确实用(yong)的(de)(de)(de)测量(liang)数据,必须根据材料的(de)(de)(de)导(dao)热(re)(re)(re)(re)特性和(he)(he)应(ying)用(yong)领(ling)(ling)域选择合适(shi)的(de)(de)(de)方法(fa)。经过(guo)近(jin)几年的(de)(de)(de)持续建设(she),实验室目(mu)前(qian)已可建立(li)了大(da)(da)部分常见(jian)的(de)(de)(de)热(re)(re)(re)(re)导(dao)率测量(liang)方法(fa),可实现(xian)固体(ti)、液体(ti)、粉末以及薄膜等(deng)各(ge)类材料不同温度下的(de)(de)(de)热(re)(re)(re)(re)导(dao)率测量(liang)。
     按照测(ce)量(liang)原(yuan)理划分(fen),热导(dao)率测(ce)量(liang)方法可分(fen)为稳态法和瞬态法。稳(wen)(wen)态测(ce)(ce)(ce)量(liang)方法是指(zhi)待测(ce)(ce)(ce)试样上温度分布达到(dao)稳(wen)(wen)定后进行测(ce)(ce)(ce)量(liang),其分析的(de)出发点(dian)是稳(wen)(wen)态的(de)导热(re)微(wei)分方程(cheng),可以直(zhi)接测(ce)(ce)(ce)量(liang)热(re)导率。特点(dian)是计算简单、实验(yan)时间(jian)长、需(xu)要测(ce)(ce)(ce)量(liang)导热(re)量(liang)和若干(gan)点(dian)温度,主要适(shi)合(he)于中低热(re)导率材料(liao)的(de)测(ce)(ce)(ce)量(liang)。

保护平板法

该(gai)方法发展的(de)很早,相关标(biao)准有ISO 8302,ASTM C177以及我国的(de)GB/T 10294。该方法(fa)是一种(zhong)绝对的(de)测量方法(fa),误差小,适合(he)于(yu)绝热材(cai)料(liao)的(de)测量。
 测试仪器(qi):NETZSCH GHP 456
 试(shi)样尺寸:300mm  300mm,厚度25mm(最(zui)大100mm),需(xu)要两块样品
 温度范围:-160℃-250 ℃
 热导(dao)率测量范围(wei):0.001-2W/mK

热流计法

热(re)流计法(fa)(fa)是一种基(ji)于一维稳态导热(re)原(yuan)理(li)的(de)比较法(fa)(fa),使用校正过(guo)的(de)热(re)流传(chuan)(chuan)感器(qi)测量通过(guo)样品(pin)的(de)热(re)流,传(chuan)(chuan)感器(qi)在平板与(yu)样品(pin)之间和(he)样品(pin)接触。该方法(fa)(fa)的(de)相关标准有ISO 8301,ASTM C518以(yi)及我国(guo)的GB/T 10295。
 测试仪器:NETZSCH HFM 446
 试样尺寸:200mm  200mm,厚(hou)度25mm(最大50mm),需要一块(kuai)样品
 温(wen)度范围:-20℃-80 ℃
 热导率测量范围:0.001-2W/mK

保(bao)护热(re)流计法

需要较高量程的(de)样品,可以使用保(bao)护热流计法(fa)(fa)测定,该法(fa)(fa)原理与热流计法(fa)(fa)相似,不同之处是用在(zai)周围包(bao)上绝(jue)热材料和保(bao)护层,从而保(bao)证了(le)样品测试(shi)区域的一维热流(liu),提高(gao)了(le)测试(shi)范围。相关(guan)标准(zhun)为(wei)ASTM E1530。
 测(ce)试仪(yi)器:TA DTC 300
 试样尺(chi)寸:50mm ,厚度1-20mm,固体、液体、粉末(mo)、薄膜
 温度(du)范围(wei):-20℃-300 ℃
 热导率测量范围:0.1-30W/mK

瞬态测(ce)(ce)量(liang)方(fang)法(fa)是(shi)近几(ji)十年(nian)发展出的(de)热(re)(re)(re)导率(lv)测(ce)(ce)量(liang)方(fang)法(fa),利用(yong)非稳态导热(re)(re)(re)微分方(fang)程,测(ce)(ce)量(liang)温度随时间(jian)(jian)的(de)变(bian)化,通过这(zhei)种(zhong)变(bian)化来(lai)直(zhi)接推算热(re)(re)(re)导率(lv),或得到热(re)(re)(re)扩散系(xi)数(shu)后利用(yong)试样(yang)的(de)密度、比(bi)热(re)(re)(re)来(lai)间(jian)(jian)接计算导热(re)(re)(re)系(xi)数(shu)。这(zhei)种(zhong)测(ce)(ce)量(liang)方(fang)法(fa)的(de)特点是(shi)测(ce)(ce)量(liang)时间(jian)(jian)短、操(cao)作方(fang)便、对环境要求低(di)、测(ce)(ce)量(liang)温度范围(wei)广以(yi)及样(yang)品尺寸(cun)小等。

瞬态平面(mian)热源法

瞬态平面热源法(TPS)是由(you)瑞典Chalmers University of Technology的S.Gustafsson教(jiao)授在(zai)热(re)(re)线(xian)法的基础上发展起来的一(yi)项技(ji)术,也称HotDisk法。相关标准是ISO 22007-2,国(guo)内(nei)2015年发布了GB/T 32064-2015 建(jian)(jian)筑(zhu)用材(cai)(cai)料(liao)导热(re)(re)系(xi)数和(he)热(re)(re)扩散系(xi)数瞬(shun)态平(ping)面热(re)(re)源测试(shi)法。这种方(fang)法对(dui)样品(pin)尺寸(cun)不挑剔,可(ke)以(yi)方(fang)便的测试(shi)0.01W/mK-500W/mK范围内(nei)的大部(bu)分材(cai)(cai)料(liao),如薄膜、绝热(re)(re)材(cai)(cai)料(liao)、硅胶、建(jian)(jian)筑(zhu)材(cai)(cai)料(liao)、岩土、复合(he)材(cai)(cai)料(liao)、金(jin)属(shu)合(he)金(jin)等,配合(he)温(wen)度箱和(he)高温(wen)炉后堪称热(re)(re)导率测量的一(yi)大利器。
 测试(shi)仪器:HotDisk TPS2500s
 试(shi)样尺(chi)寸:常规模(mo)式一般要求50mm ,厚度20mm,需要两块(kuai)样品(最小尺寸(cun)30mm 30mm,厚度(du)10mm)
 Slab模式 80mm  80mm,厚度 0.2mm-5mm(高(gao)导(dao)材料),需要两块样(yang)品
  薄膜50mm,厚度(du)<0.5mm,需要(yao)两(liang)片样品
  液体(ti) 200ml
 温度范围:-20℃-150 ℃
 热导率测(ce)量范(fan)围(wei):0.01-500W/mK

闪光(guang)法

Parker等于(yu)1961年(nian)提出并研制成功激(ji)光(guang)闪光(guang)法测(ce)量(liang)(liang)材料热物性(xing)以(yi)来,这种方法发展迅速(su),它要求(qiu)的(de)样品尺(chi)寸较小,温度测(ce)量(liang)(liang)范围(wei)宽广,可测(ce)量(liang)(liang)除绝(jue)热材料以(yi)外(wai)的(de)绝(jue)大(da)部分(fen)材料,特别适合于(yu)中高导(dao)热系数材料的(de)测(ce)量(liang)(liang)。相关标准为ASTM E 1461和GB/T 22588-2008。但必(bi)须看到,闪光(guang)法的(de)直接测(ce)量(liang)(liang)量(liang)(liang)是热扩散率,因此(ci)热导(dao)率的(de)准确与否与比热的(de)测(ce)量(liang)(liang)准确性(xing)具有相当大(da)关系。
 测试(shi)仪器(qi):NETZSCH LFA 457/ LFA 467
 试(shi)样尺寸:常规(gui)模式6mm ,8mm,10mm,12.5mm,6mm  6mm,10mm  10mm,厚度(du)1-2.5mm(取决于试(shi)样(yang)热(re)导(dao)(dao)率,高导(dao)(dao)的(de)厚,低(di)导(dao)(dao)的(de)薄),需(xu)要(yao)一块样(yang)品;
  In-Plane 模式 25mm,厚度<1mm
  Laminar 模式 10mm  2mm 2mm,5-7根
 温度范围(wei):-100℃-1000 ℃
 热导率测量范(fan)围:0.1-2000W/mK

    特殊测量模(mo)式以(yi)及实(shi)验(yan)室(shi)后续建立的微纳(na)米薄膜(mo)热导测量系(xi)统留(liu)待下(xia)次介(jie)绍(shao)。

测量(liang)方法

试(shi)样尺(chi)寸

温度范围

热导率(lv)测量(liang)范围

保护热板(ban)法(fa)

300mm  300mm,厚(hou)度25mm(最大100mm),两(liang)块(kuai)样品

-160℃-250 ℃

0.001-2W/mK

热流计法

200mm  200mm,厚度25mm(最大(da)50mm

-20℃-80 ℃

0.001-2W/mK

保护热流计法

50mm ,厚(hou)度1-20mm,固体(ti)、液(ye)体(ti)、粉末、薄膜

-20℃-300 ℃

0.1-30W/mK

瞬态平(ping)面热源法

 常规模式,两块样品(pin) ,50mm(最(zui)小(xiao)30mm,厚度20mm(最小10mm

Slab模(mo)式, 80mm  80mm,厚度 0.2mm-5mmSlab模式(shi)用于高导材料)

 薄膜50mm,厚度<0.5mm

液(ye)体 200ml

-20℃-150 ℃

0.01-500W/mK

闪光法

常规模式6mm 8mm10mm12.6mm6mm  6mm10mm  10mm,厚度1-2.5mm(取决于试(shi)样(yang)热导率)

In-Plane 模(mo)式25mm,厚度<1mm

In-Plane 模(mo)式用于高导薄膜(mo))

Laminar 模式 10mm  2mm 2mm5-7

-100℃-1000 ℃

0.1-2000W/mK


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