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浅谈试样对激光导热系数测试的影响

2016-12-07  

1 引言

导热系数是表征材料热传导能力的重要物理参数,是工程材料尤其是窑炉材料的热物理特性之一。所以,准确的测定材料的导热系数至关重要。我们实验室现有测试导热系数的方法有稳态热流法以及激光闪射法,在这里我简单讲述下对激光闪射法的一些理解。

 

2 测试原理

激光闪射法具有测量精度高,测试周期短和测试温度范围宽等优点,激光闪光法测量材料导热系数的原理是根据导热系数K与热扩散系数a、比热容Cp和体积密度p三者之间的关系, 如下面给你给出, 首先测出试样的体积密度p, 然后分别或者同时测量出材料的热扩散系数a和比热容Cp , 则可计算出材料的导热系数:

K=a·Cp·p

现我司使用的是德国耐驰(NEZSCH)仪器公司出品的LAF467型激光导热仪。

 

激光闪射法直接测量的是材料的热扩散系数,而试样本身的因素对其试验结果的影响大致有下列几项:

 

2.1 样品的结构。样品内部组成应均匀一致,上下表面必须平行光滑,厚度均匀一致.样品与标样的表面结构(光滑程度)尽量一致,如果样品表面起伏或多孔,实际的表面积远大于表观面积,通常很难找到表面状态完全相同的参比物,因此测出的结果会与实际结果产生很大的误差。

 

2.2 样品厚度不一。另根据热扩散系数计算公式a= 0.1388 * d2 / t50 ,厚度值准确与否对热扩散系数计算精度影响极大(平方级关系),如果样品前期厚度处理不均匀,测得厚度与实际平均厚度有偏差,会对结果造成极大的影响。

 

2.3 样品厚度的选择。其原则为使光能的透过时间(或t50)保持在一个合理的范围,因透过时间太长(如低导热材料制样太厚),过程中热损耗严重,将影响实验精度;透过时间太短(如高导热材料制样太薄),表面石墨涂覆层的影响将增大,所测热扩散系数可能偏低。

 

2.4 样品表面涂覆。除了少数深色不透明、表面色泽均匀、反射率低的样品外,对于一般的样品均需进行表面涂覆。涂覆材料通常使用石墨,如果标样与样品涂覆程度不一,其表面吸收率和发射率也无法一致,在使用标样对比样品比热容时,就会存在误差。且如果石墨涂层的厚度不一致,就无法保证材料表面的均匀有效遮覆,涂覆太厚,最终样品将类似于石墨样品石墨的三层复合材料,尤其在样品本身较薄、热扩散系数又较高的情况下,石墨层与界面层的热阻不可忽略,将导致测得的热扩散系数偏低。

 

3 结论

本文探讨了试样对激光导热系数的影响,目的在于在实际测量过程中,尽可能减小这些因素对结果影响,以提高导热系数的测试质量。所以必须要加强对导热系数技术的研究,发现导热系数分析系统误差的规律及其原因,并找到解决问题的方法。

 

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