激光導熱儀簡介:
激光導熱儀主要用于材料導熱性能的測試,。表征材料導熱性能的參數(shù)主要有熱擴散系數(shù)、導熱系數(shù),、比熱,。
導熱性能的表征方法有很多種,,主要有熱流法,、瞬態(tài)平面法、激光閃射法等,,其中激光閃射法也稱作閃光法和激光法,。
基于激光閃射法理論設計而成的導熱儀就叫做激光導熱儀。激光導熱儀可以直接測試得到材料的熱擴散系數(shù),,同時可以測試得到材料的比熱,,已知比熱和熱擴散系數(shù),可以計算得到導熱系數(shù),。
激光導熱儀適用于絕大多數(shù)材料導熱性能的測試,,絕熱材料除外。激光導熱儀尤其適用于高導熱材料和高溫下的導熱性能的測試,,廣泛應用于材料,、汽車、航天,、電子,、化工、能源等領域,。
激光導熱儀工作原理:
激光導熱儀由激光源在瞬間發(fā)射一束激光脈沖,,均勻照射在樣品下表面;使其表層吸收光能后溫度瞬時升高,,并作為熱端將能量以一維熱傳導方式向冷端(上表面)傳播,。使用紅外檢測器連續(xù)測量上表面中心部位的相應溫升過程(見圖1),得到類似于右下圖的溫度(檢測器信號)升高和時間的關(guān)系曲線(見圖2),。
應用計算機軟件的數(shù)學模型對理論曲線和試驗溫度上升曲線進行計算修正,,從而測出樣品的熱擴散系數(shù),再測出比熱已知的標樣的熱擴散系數(shù),,利用數(shù)學模型計算出樣品的比熱,,系統(tǒng)根據(jù)以下公式自動計算出樣品的導熱系數(shù):
λ(T)=α(T)Cρ(T)·ρ(T)式中:λ為導熱系數(shù),W/(m K);α為熱擴散系數(shù),mm2/s;Cρ為比熱J/g/K;ρ為密度,g/cm3。
其中樣品的密度一般在室溫下測定,其隨溫度的變化可使用材料的線膨脹系數(shù)進行修正(同時修正樣品厚度隨溫度的變化),在測量溫度不太高,、樣品尺寸變化不太大的情況下也可近似認為不變,。
溫度升高和時間關(guān)系曲線
激光導熱儀應用范圍:
激光閃射導熱測試方法所要求的樣品尺寸小,測量速度快,,精度高,;
能夠覆蓋<0.1-2000W/m*K(從較低導熱系數(shù)的聚合物,到超高導熱的金剛石)的寬廣的導熱系數(shù)測量范圍,,測量溫度范圍寬,,樣品適應面廣;
不僅能測量普通固體樣品的導熱性能,通過使用合適的夾具或樣品容器并選用合適的熱學計算模型,;
還可測量諸如液體,、粉末、纖維,、薄膜,、熔融金屬、膏狀材料,、基質(zhì)上的涂層,、多層復合材料、各向異性材料等特殊樣品的熱擴散系數(shù)并進而計算導熱系數(shù),。
激光導熱測試常見的問題解答:
1.能否測熱障涂層熱導率,?能不能測高溫熱導率?測熱導率需要滿足什么尺寸要求,?
可以測,。材料要求:最佳尺寸:直徑12.7 mm,厚度1~3mm,;其他尺寸:直徑10mm,,厚度1~3mm或10×10×(1~3)mm(熱擴散測試)。
2.尺寸小的樣品測試有誤差,?
樣品尺寸小,,會影響數(shù)據(jù)結(jié)果,;我們有直徑10mm,邊長10mm的夾具,、標樣等,但是這種尺寸測出來的數(shù)據(jù)不如直徑12.7的準確,,建議加工成標準的12.7mm的直徑,,0.1mm,除非樣品難以制備成12.7的,,客戶允許存在數(shù)據(jù)誤差,;
例如:純銅樣品,直徑是10mm的樣品,,熱擴散實測值129,,10*10mm的樣品,熱擴散實測值119,,直徑12.7mm的樣品,,熱擴散實測值114,而純銅的理論熱擴散在115-116左右,,直徑12.7mm的樣品結(jié)果接近理論值,;
3.測試過程中,比熱,、密度會不會造成誤差,?測試熱導率時比熱會有變化嗎?變化大嗎?
比熱是在測試過程中通過與石墨或其它材質(zhì)標樣比對得到的,,會存在一定的誤差,要求比較高的客戶建議用DSC測試,;密度建議客戶自己提供或者通過其他更準確的方法進行測試,;比熱都會隨著溫度的變化而變化,變化大小和樣品本身的性質(zhì)有關(guān);
4.幾種測熱導的方法有什么區(qū)別,?
激光熱導適合做一些高導熱系數(shù)的,,厚度方向的導熱系數(shù)測試;薄膜熱導適用于薄膜材料,,測水平方向的導熱系數(shù),;熱流法適用絕熱或低導熱系數(shù)的材料;
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