一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是涉及一種導(dǎo)熱系數(shù)的測定裝置，特別涉及測量固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)的測 定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料的導(dǎo)熱系數(shù)是研宄材料物理性能的一個重要參數(shù)指標(biāo)，在科研，教學(xué)，生產(chǎn)等 部門都要求對材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行預(yù)測或?qū)崪y。導(dǎo)熱系數(shù)是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量， 它不僅是評價材料的熱學(xué)性的依據(jù)，而且是材料在應(yīng)用時的一個設(shè)計依據(jù)，所以在科學(xué)實 驗和工程技術(shù)中對材料的導(dǎo)熱系數(shù)的測定成為開發(fā)新材料的關(guān)鍵。
[0003] 目前測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)主要有以下三種方法：
[0004] 一、激光閃射法。該方法采用的是瞬態(tài)法，原理是一束激光打在樣品上表面，用紅 外檢測器測試下表面的溫度變化，實際測得的數(shù)據(jù)是樣品的熱擴(kuò)散率，通過與標(biāo)準(zhǔn)樣品的 比較同時得到樣品的密度和比熱，通過公式可計算得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。該方法優(yōu)點是測 量快速，采用非接觸法，適合高溫，高導(dǎo)熱的樣品，但不適合多層結(jié)構(gòu)、涂層、泡沫、液體、各 向異性材料等。原因是激光法測試的是熱擴(kuò)散率，數(shù)學(xué)模式建立在各向同性材料的基礎(chǔ)上。 另外，還需要用其他方法測得密度，才能折算為導(dǎo)熱系數(shù)，增加了誤差的來源。
[0005] 二、導(dǎo)熱系數(shù)法。該方法采用的同樣是瞬態(tài)法，原理是利用熱阻性材料一一鎳做成 一個平面的探頭，同時作為熱源和溫度傳感器。鎳的熱阻系數(shù)與溫度和電阻的關(guān)系呈線性 關(guān)系，即通過了解電阻的變化可以知道熱量的損失，從而反映樣品的導(dǎo)熱性能。通過記錄溫 度與探頭的響應(yīng)時間，材料的這些特性可以被計算出來。由數(shù)學(xué)模型可以直接得到導(dǎo)熱系 數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)，兩者的比值得到體積比熱。優(yōu)點是快速，便捷，無須特別的樣品制備，可用 于原位/單面測試，適用于固體、粉末、液體、涂層、蜂窩材料等多種類型的樣品，但受探頭 表面涂層的限制，溫度范圍只能到700°C，且探頭成本較高，設(shè)計復(fù)雜，不能有效推廣。
[0006] 三、溫度梯度法。該方法是將待測樣品置于熱源與低溫制冷裝置之間，當(dāng)溫度分布 達(dá)到穩(wěn)定后，通過測量流過試樣的熱流量和溫度梯度等參數(shù)，計算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)。理想 狀態(tài)下，熱源的所有熱量通過待測樣品傳遞至低溫制冷端，實際上會不可避免的有一部分 熱量從其它方向散出，這不可避免的導(dǎo)致同一樣品的橫截面內(nèi)存在溫度梯度，從而導(dǎo)致測 量誤差，降低測量的準(zhǔn)確度。同時，在待測樣品與熱源和冷端之間必然存在接觸熱阻，從而 導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。因此，該方法測量精度主要取決于兩個方面：一方面，如何減少熱 量在傳遞過程中從其它方向散出；另一方面，減少接觸熱阻。目前，從國內(nèi)外的文獻(xiàn)來看，一 般會使用絕熱材料做為絕熱層用以將熱源與外界隔絕，盡量減少熱量的損失，但仍會有部 分熱量向外傳導(dǎo)，在這種情況下如何提高檢測的精度成為主要技術(shù)問題。該方法的理論基 礎(chǔ)是傅里葉導(dǎo)熱定律，如式（1)所述。
【主權(quán)項】
1. 一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于；該裝置包括；測試腔巧）、熱端加熱系統(tǒng)（10)、 冷端冷卻系統(tǒng)（14)、抽真空系統(tǒng)（12)、溫度采集和處理系統(tǒng)（13)、壓力控制系統(tǒng)（11);測試 腔內(nèi)設(shè)置一測試臺（15)，測試臺整體為上下結(jié)構(gòu)，自下而上依次為加熱塊巧）、下壓頭（7)、 待測試試樣巧）、上壓頭（2)、冷卻塊（1);在所述上下壓頭表面設(shè)置測溫傳感器組（3)，測溫 傳感器組連接所述溫度采集系統(tǒng)（13);所述加熱塊（8)與熱端加熱系統(tǒng)（10)連接，所述冷 卻塊（1)和冷端冷卻系統(tǒng)（14)連接，溫度采集和處理系統(tǒng)（13)適時完成數(shù)據(jù)采集、在線處 理和測試結(jié)果輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，所述測溫傳感器組（3) 為沿上下壓頭橫截面方向上分別設(shè)置的第一組測溫傳感器、第二組傳感器和第=組傳感 器，其中，第一組測溫傳感器為同一平面內(nèi)沿徑向均布的S個第一測溫點（3-A)、第二測溫 點（3-B)和第S測溫點（3-C)，第二組和第S組測溫傳感器設(shè)置方式與第一組測溫傳感器 相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，所述溫度采集和處理 系統(tǒng)（13)將上下壓頭各S組測溫傳感器所測的溫度值進(jìn)行處理，擬合后計算得出導(dǎo)熱系 數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，在所述上下壓頭之 間設(shè)置一限位環(huán)（4)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，所述限位環(huán)的材質(zhì)為 保溫效果好的陶瓷材料，形狀為圓環(huán)形，有一內(nèi)凸緣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，在所述待測試試樣與 上下壓頭之間分別設(shè)置高導(dǎo)熱柔性薄片（16)，所述的高導(dǎo)熱柔性薄片由碳材料和粘結(jié)材料 組成，薄片的厚度為10 ym-lmm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，所述的碳材料為碳納 米管、碳纖維、石墨締中的一種或幾種，所述的粘結(jié)材料為高導(dǎo)熱性有機(jī)高分子聚合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，所述的碳材料在薄片 內(nèi)規(guī)則排列，a-b軸方向與傳熱方向基本相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，所述測試腔（9)與 抽真空系統(tǒng)相連，在密閉狀態(tài)下能夠承受達(dá)10化的真空度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，其特征在于，在所述測試臺 (15)外圍設(shè)置保溫絕熱材料層化）。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置，包括測試腔、熱端加熱系統(tǒng)、冷端冷卻系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)；測試腔內(nèi)設(shè)置一測試臺，測試臺整體為上下結(jié)構(gòu)，自下而上依次為加熱塊、下壓頭、待測試試樣、上壓頭、冷卻塊。本發(fā)明通過測溫點的橫向多點設(shè)置來模擬待測試樣品的橫向溫度梯度，通過多點溫度的測試來客觀反映待測試樣品的傳熱特性，借助數(shù)據(jù)處理后得出更加客觀的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值。同時，本發(fā)明在待測試試樣和壓頭間設(shè)置高導(dǎo)熱柔性薄片，減少接觸熱阻，提高測試數(shù)值的準(zhǔn)確性。此外，本發(fā)明在壓頭間設(shè)置限位環(huán)，以保證在測試柔性樣品時的測試可操作性和精確度。本發(fā)明大大提高了導(dǎo)熱系數(shù)測試的準(zhǔn)確性和客觀性。
【IPC分類】G01N25-20
【公開號】CN104535609
【申請?zhí)枴緾N201410820836
【發(fā)明人】王正, 戴德盈, 吳鵬章, 李柯穎
【申請人】怡維怡橡膠研究院有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月26日