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本文先容了导热系数衡量的根底理论与界说，激光法、热线法、热流法、庇护热流法、庇护热板法等几类衡量法子的旨趣与运用。

弁言

在某些运用局面，相识材料的导热系数，是衡量其热物理性质的关键。

譬喻，耐火材料常被用做炉子的衬套，由于它们既本领高温，又具备优越的绝热性格，也许缩小临盆中的能量花费。

航天飞机常运用陶瓷瓦做挡热板，陶瓷瓦能继承航天飞机回到地球大气层时形成的高温，有用防范航天器内部关键部件的毁坏。

在当代化的燃气涡轮电站，涡轮的叶片上的陶瓷涂层（如褂讪氧化锆）能庇护金属基材不受侵蚀，低落基材上的热应力。

有用的散热器能庇护集成电路板与别的电子设施不受高温毁坏，散热材料曾经成为微电子产业领域关键材料。

在往日的几十年里，曾经进展了洪量的导热测试法子与系统。

但是，没有任何一种法子也许适当于悉数的运用领域，反之关于特定的运用局面，并非悉数法子都能实用。

要得到的确的衡量值，必需基于材料的导热系数领域与样本特性，筛选正的测试法子。

根底理论与界说

热量传送的三种根底方法是：对流，辐射与传导。

对流是流体与气体的要紧传热方法，对固态与多孔材料传热不起要紧效用。

关于半透亮与透亮材料，特为在高温景况下，必需琢磨辐射传热。

除了材料的光学性质外，边境环境亦能影响传热。

本文要紧议论的是热传导。

热量的传导基于材料的导热机能——其传导热量的本领。

厚度为x的无穷蔓延平板热传导可用Fourier方程举行描画（一维热传送）：

Q代表单位表面积在厚度(△x)上由温度梯度(△T)形成的热流量。

两个因子都与导热系数（λ）相联络。

在温度梯度与多少形态牢固的景况下，导热系数代表了稳态下需求几许能量才干保持该温度梯度。

在对开辟材料（如砖）与绝热材料举行表征时，经罕用到k因子。

k因子与材料的导热系数和厚度关联。

k=λ/d

这一因子并不能用来鉴识材料，而是决意终究产物厚度的要素。

衡量安设

方今衡量导热系数法子与仪器有很多种。

运用Fourier方程所描画的稳态前提的仪器要紧实用于衡量中低导热系数材料。

运用动态（刹时）法子的仪器，如热线法或激光散射法，用于衡量中高导热系数材料。

稳态法子

热流法导热仪

如图1所示，将厚度确定的方形样本（譬喻长宽各30cm，厚10cm）插入于两个平板间，配置确定的温度梯度。

运用矫正过的热散布感器衡量经过样本的热流。

衡量样本厚度、温度梯度与经过样本的热流即可筹划导热系数。

图2示出了一种新式的热流法导热仪（HFM系列）。

样本的厚度可抵达10cm，长与宽可达30或60cm。

衡量温度为-20℃到℃之间（取决于不同的型号）。

这类仪器能衡量导热系数在0.到0.5W/m·K之间的材料，通罕用于断定玻璃纤维绝热体或绝热板的导热系数与k因子。

该仪器的益处是易于操纵，衡量结局无误，衡量速率快（仅为同类产物的四分之

一），然则温度与衡量领域有限。

庇护热流法导热仪

关于较大的、需求较高量程的样本，也许运用庇护热流法导热仪。

其衡量旨趣险些与平常的热流法导热仪雷同。

不同之处是衡量单位被庇护加热器所围困，因而衡量温度领域和导热系数领域更宽。

庇护热板法导热仪

热板法或庇护热板法导热仪的办事旨趣和运用热板与冷板的热流法导热仪彷佛。

庇护热板法的衡量旨趣如图3所示。

热源位于统一材料的两块样本主题。

运用两块样本是为了得到进取与向下方位对称的热流，并使加热器的能量被测试样本统统吸取。

衡量经过中，无误设定输入到热板上的能量。

经过调度输入到襄理加热器上的能量，对热源与襄理板之间的衡量温度和温度梯度举行调度。

热板领域的庇护加热器与样本的安放方法保证从热板到襄理加热器的热流是线性的、一维的。

襄理加热器后是散热器，散热器和襄理加热器来往优越，保证热量的移除与改正掌握。

衡量加到热板上的能量、温度梯度及两片样本的厚度，运用Fourier方程便也许算出材料的导热系数。

比拟热流法，庇护热板法的益处是温度领域宽（-到℃）与量程广（最高可达2W/m·K）。

其余，庇护热板法运用的是绝对法——无需对衡量单位举行标定。

动态（刹时）衡量法

动态衡量法是近来几十年内开辟的导热系数衡量法子，用于钻研中、高导热系数材料，或在高温度前提下举行衡量。

动态法的特性是无误性高、衡量领域宽（最高能抵达℃）、样本制备简略。

热线法

热线法是在样本（正常为大的块状样本）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，使其温度回升。

衡量热线自己或与热线相隔确定间隔的平板的温度随时候回升的关连。

衡量热线的温升有多种法子。

此中交错线法是用焊接在热线上的热电偶直接衡量热线的温升。

平行线法是衡量与热线隔着确定间隔的确定地位上的温升。

热阻法是行使热线（多为铂丝）电阻与温度之间的关连衡量热线自己的温升。

正常来讲，交错线法实用于导热系数低于2W/m·K的样本，热阻法与平行线法实用于导热系数更高的材料，其衡量上线离别为15W/m·K与20W/m·K。

耐驰公司的热线法仪器也许运用上述悉数三种法子，测试温度领域为室温至℃。

测试时将样本加热到所需的温度，待样本温度褂讪后，就可以最先举行热线衡量。这一法子也许衡量体积较大的样本。

激光闪射法

激光闪射法直接衡量材料的热散布机能，在已知样本比热与密度的景况下，即也许得到样本的导热系数。

激光闪射法的特性是，衡量领域宽（0.1~W/m·K），衡量温度广（-~℃），并实用于百般样式的样本（固体、液体、粉末、薄膜等）。

别的，激光闪射法还也许用对比法直接衡量样本的比热；但引荐运用差示扫描量热仪，该法子的比热衡量无误度更高。

密度随温度的改观可运用膨胀仪举行测试。

运用激光闪射法时，样本在炉体中被加热到所需的测试温度；随后，由激光器形成的一束急促激光脉冲对样本的前表面举行加热。

热量在样本中散布，使样本背部的温度回升，用红外探测器衡量温度随时候回升的关连。

图6是一种新式的激光闪射仪的示妄念。

Nd:GGG-激秃头位于仪器下部位，样本安放在管状炉体主题的样本支架上。

不同类别的炉子可抵达的最高测试温度不同，最高可达℃（石墨炉体）。

用InSb探测器衡量样本背部的温升，该探测器位于系统的顶部。

仪器的笔直构造保证了优越的信噪比与样本形态的敏捷性。

该仪器既也许衡量液体与粉末样本，也能衡量不同多少形态的固体样本。

图7为另一种闪烁散布法导热仪，稀奇实用于衡量包装材料或电子产业中的散热片。这一仪器衡量温度较低，最高℃。

由于其高效率、高无误度以及样本兼容性好，激光闪射法曾经加入产业研发与质控的很多领域：导热系数小于0.1W/m·K的耐火材料，到导热系数大于W/m·K的金刚石。

该仪器还能衡量多层系统，如关于涡轮叶片上的热庇护涂层的探测。

图8是二硅化钼MoSi2（罕用做高温炉体的加热元件）的热散布机能与导热机能测试结局。

衡量导热系数所需的比热由差示扫描量热法举行衡量。

也许领会地看到热散布率与导热系数均随温度回升而显著下落。

在全面衡量温度领域内，导热系数下落了约50%。

在材料运用中必需琢磨到这些形势，以防范浮现某些题目，如在运用MoSi2做为加热元件的炉体中浮现温度散布不匀称。

论断

热物性，如热散布率与导热系数，关于材料的运用相当要紧。

必需无误衡量这些性质，以防范浮现原料题目，并增进材料在和热关联的领域运用领域的不休张大。

由于导热机能有很多种衡量法子，事前必需琢磨到材料导热系数的大体领域，以及运用温度的大体领域，以采用确实的衡量法子。

泉源：华夏热经管网

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