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層狀樣品的熱傳遞性能的研究-耐馳
閱讀：993 發(fā)布時間：2021-1-18前言 ：在較為寬廣的的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域里，人們越來越重視對層狀樣品的熱傳遞性能進(jìn)行表征,。一個典型的例子就是電子元件（或 電子包裝材料）的熱傳遞性能測試,。當(dāng)熱量從正在工作的電子元件上傳遞出去的效率越高時，電子元件就可以以越快的時鐘 頻率運作而不至于被燒壞,。另一個多層材料的例子是熱障涂層,，它已經(jīng)被越來越多的用于高溫燃?xì)廨啓C上。這些陶瓷涂層不 但可以保護(hù)燃?xì)廨啓C中的金屬底層不被氣體腐蝕,，同時由于涂層的低導(dǎo)熱性能,，在涂層厚度上形成顯著的溫度梯度，從而允 許燃?xì)廨啓C在較高的溫度下工作,，提高了這一體系的工作效率,。
激光閃射法 激光閃射法,，經(jīng)過數(shù)十年的不斷改進(jìn)，已經(jīng)廣泛的用于固體材料的熱物性測試,。它的基本原理是：,，一束激光脈沖照射 到端面平行的片狀樣品底部，熱量從樣品底部向上傳遞,，從而導(dǎo)致樣品的上表面溫度升高,。通過檢測這一溫升隨時間的變化 得到樣品的熱擴散系數(shù),。這種測試方法是非接觸式,，非破壞式的測試方法，它具有測試時間快,，樣品易制備,，測試準(zhǔn)確度高 等優(yōu)勢，而且可以用于多層材料的測試,。二／三層樣品測試的原理示意圖如圖2,、3所示。
理論模型 多層樣品體系分析的解決方案早是由1975年Lee提出來的,。他考慮到了熱損失,，將Cowan單層樣品計算模型進(jìn)行改進(jìn) 用于計算多層樣品模式：（方程式）
新型分析模型 這里介紹一種新的分析模型，它結(jié)合了一個非線性回歸方程,，可以對激光法測試結(jié)果進(jìn)行很好的擬合,。圖4展示了兩層 樣品測試體系的擬合情況（鎳基高溫合金表面的熱障涂層）
很明顯，這種新的分析模型能夠準(zhǔn)確的擬合實驗測量結(jié)果,。標(biāo)準(zhǔn)樣品（人工合成的兩層樣品或是兩種標(biāo)準(zhǔn)樣品形成的兩 層材料）的測試證明了這種模型的計算結(jié)果非?？煽俊Ｖ灰獦悠肺粗獙拥臒嶙枵颊麄€樣品熱阻的50％以上,，這一模型測試 誤差將會在±5％以內(nèi),。當(dāng)然，對于兩層樣品模式,，需要指出的是其中一層樣品的熱物性必須是已知的（比熱,、密度和熱擴 散系數(shù)）。而且第二層樣品的比熱和密度也必須是已知的,。這一要求同樣也適用于三層樣品測量模式,。
結(jié)果與討論： 圖5是鎳基高溫合金的熱擴散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果。鎳基高溫合金一般用于燃?xì)廨啓C熱障涂層的基底材料,。
趨勢有所變化,，這是因為此時合金發(fā)生了相變。然而在同樣的溫度范圍內(nèi),，由于合金的比熱也發(fā)生了顯著的升高（圖中沒有 顯示）,，所以導(dǎo)熱系數(shù)的變化依然呈線性變化趨勢,。
摻雜氧化釔的氧化鋯熱障涂層室溫～1200℃的熱擴散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)。對于這種將熱障涂層以等離子形式噴 射到合金基底層的樣品,，實驗采用二層模式進(jìn)行測試,。該樣品取材于燃?xì)廨啓C渦輪刀片的吸力面，在測試前樣品已經(jīng)在燃?xì)?輪機上使用了20,，000小時了,。實驗表明，室溫的熱擴散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)是典型的多孔氧化鋯陶瓷的相應(yīng)數(shù)據(jù)（孔隙率大概 12％）,。而且,，熱擴散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高出現(xiàn)下降趨勢，這是陶瓷材料典型的熱物性變化行為,。