测量材料导热系数的方法可分为稳态法和瞬态法两大类,具体选择取决于材料特性和测试需求。以下是两种方法的详细说明:
一、稳态法(适用于低导热系数材料)
平板法 基于傅里叶热传导定律,通过测量热流量、样品厚度和两侧温差计算导热系数。公式为:
$$\lambda = \frac{Q}{A \cdot \Delta T}$$
其中,$Q$为热流量,$A$为传热面积(如平板面积),$\Delta T$为两侧温差。
护热板法
在平板法基础上增加护热装置,减少边缘热损失,提高测量精度。通过测量通过样品的热流和温度差计算导热系数。
热流法
使用校正过的热流传感器测量样品两侧的热流密度,结合厚度和温差计算导热系数。需使用保护热流仪进行高温测量。
二、瞬态法(适用于高导热系数材料)
激光闪射法
通过激光脉冲瞬间加热样品一面,测量背面温度随时间的变化曲线。结合比热容、密度和样品厚度,利用热扩散率公式计算导热系数。
热线法
将通电热线埋入样品中,测量温度随时间的变化。通过数学模型(如热扩散方程)计算导热系数,适用于各向同性材料。
瞬变平面热源法
使用小尺寸热源(如导热性材料制成的平板)进行快速加热,记录温度-时间曲线,计算导热系数。
三、注意事项
样品要求: 平板法需样品厚度适中(通常1-3mm),且需保证两个测试面平行度;瞬态法对样品形状要求较宽松,但需均匀受热。 环境控制
仪器选择:根据材料特性选择合适方法,例如激光闪射法适合高导热金属,热流法适合中等导热材料。
通过以上方法,可准确测量不同材料的导热系数。