炭素材料熱導(dǎo)率測(cè)試儀

：儀器概述

該熱物性測(cè)試儀參考了采用熱流法及縱向熱流技術(shù)，具有方便、快捷、的特點(diǎn)，可用來(lái)測(cè)量各種不同類(lèi)型材料的熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率以及熱熔，適用的熱導(dǎo)系數(shù)范圍0.015-200W/MK之間，適用樣品類(lèi)型：固體及各向異性材料等。參照標(biāo)準(zhǔn)GB5598-85,GB3399-82,GB11205-89. 適應(yīng)ASTM D5470，但它也使用熱結(jié)構(gòu)-函數(shù)分析以使結(jié)果更，符合YS/T 63.3-2000《鋁用碳素材料檢測(cè)方法第三部分熱導(dǎo)率的測(cè)定比較法》。廣泛用用于碳素行業(yè)檢測(cè)其熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率是描述材料熱傳導(dǎo)性能的重要參數(shù)。儀器通常可以適應(yīng)測(cè)定熱導(dǎo)率范圍從高到中等的材料，接觸壓力范圍在10~550psi（70~3800Kpa）手動(dòng)加壓，樣品溫度范圍為15~70℃，也可到600—1000℃，后者需要定制裝置。 測(cè)試時(shí)，樣品被箝緊在兩個(gè)平行的導(dǎo)熱面之間（或者選擇懸浮式非平行面），面是加熱面，面是冷卻面，所有數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件采集并分析輸出結(jié)果。

二：主要技術(shù)參數(shù)

1. 樣品尺寸：直徑50，厚度0-50mm

2. 導(dǎo)熱系數(shù)范圍：0.015-200W/MK，精度3%,精度≤±3%,重復(fù)性≤±1%

3．熱擴(kuò)散率測(cè)量精度：5%

4.比熱測(cè)量精度：7%（需配比熱測(cè)試模塊）

5. 溫度范圍：25-600攝氏度(精度±1攝氏度) 或25-1000攝氏度(精度±1攝氏度)

6. 接觸壓力范圍：50-650kPa/100-1100kPa/100-2600kPa （手動(dòng)）

7. 外接循環(huán)冷卻液

8.配有完整的測(cè)試系統(tǒng)及軟件平臺(tái)。

9.操作采用全自動(dòng)熱分析測(cè)試軟件，快速準(zhǔn)確對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程參數(shù)分析和報(bào) 告輸出。

三：原理簡(jiǎn)介

     熱流測(cè)量能提供些只靠溫度測(cè)量是無(wú)法得到的、非常重要而且詳    盡的數(shù)據(jù)，DRX-II系列熱流儀因?yàn)椴捎眯?zhǔn)裝置而使其具備了*精度和準(zhǔn)確性。其操作也非常的簡(jiǎn)便。熱流儀廣泛應(yīng)許多個(gè)行業(yè)。原理：熱流分析基于以下原理：如果薄片的熱傳導(dǎo)率為λ（kcal/m•h•℃），厚度為d（m），將其接觸在熱輻射物表面。當(dāng)達(dá)到平衡后，穿過(guò)薄片的熱傳導(dǎo)強(qiáng)度Q（kcal/m2•h或W/ m2）可由以下公式得出：

 Q=λ/d ×△T

   式中△T＝薄片兩邊的溫度差，λ，d均為已知數(shù)據(jù)。

主要特點(diǎn)

  1. 全自動(dòng)操作，包括軟件

  2. 可選固定平行板或懸浮測(cè)試板（根據(jù)用戶(hù)需要定）

  *3. 自動(dòng)測(cè)定厚度（根據(jù)用戶(hù)需要定）

  4. 可選樣品---溫度控制與溫度批測(cè)試

 * 5. 自動(dòng)壓力控制與壓力批測(cè)試（根據(jù)用戶(hù)需要定）

 * 6. 受控厚度與壓力測(cè)試模式（根據(jù)用戶(hù)需要定）

  7. 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)接口

  8. 內(nèi)置校驗(yàn)程序

  9. 堅(jiān)固的設(shè)備支架

      所有的測(cè)試參數(shù)以及過(guò)程均通過(guò)人機(jī)交互圖形界面軟件控制。接觸壓力與樣品溫度可以自動(dòng)測(cè)定與控制，數(shù)據(jù)顯示簡(jiǎn)單清晰，并繪制熱參數(shù)對(duì)厚度的曲線圖。通過(guò)這些數(shù)據(jù)可以決定表面接觸熱阻以及熱導(dǎo)率。測(cè)試時(shí)間可以自動(dòng)控制以使時(shí)間與精度兩者得到*權(quán)衡。設(shè)備需要配置溫度控制的循環(huán)冷卻水浴，以及臺(tái)聯(lián)想臺(tái)式電腦，用于運(yùn)行Windows-XP，電腦與測(cè)試設(shè)備通過(guò)接口連接，電源為220VAC/50Hz。

四：數(shù)據(jù)處理及操作

：標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法

1：儀器對(duì)薄的電絕緣材料熱阻的測(cè)試方法，可以應(yīng)用于厚度在0.02～30mm導(dǎo)熱性單體或復(fù)合片材。“熱導(dǎo)”只適用于均質(zhì)材料。導(dǎo)熱絕緣材料通常是復(fù)合材料，其中包括：填料、黏合劑、增強(qiáng)劑，例如：玻璃纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或是聚合物薄膜鋪層。為了避免混亂，使用“表面熱導(dǎo)”來(lái)衡量均質(zhì)和非均質(zhì)材料。計(jì)算熱導(dǎo)有限制條件：必須測(cè)量試樣的厚度。熱阻的測(cè)量數(shù)據(jù)受到以下因素影響：相關(guān)的壓力、試樣表面特性和其他的傳熱方式。

  參考文獻(xiàn)：

    ASTM標(biāo)準(zhǔn)：D374,固體電絕緣材料的厚度測(cè)試方法；E691，處理實(shí)驗(yàn)室研究的實(shí)例，確定測(cè)試方法的性。E1225，利用G-C-L熱流動(dòng)技術(shù)測(cè)量固體熱導(dǎo)。

  軍事標(biāo)準(zhǔn)：MIL-I-49456A，絕緣片材，導(dǎo)熱樹(shù)脂，熱導(dǎo)玻纖增強(qiáng)。

  標(biāo)準(zhǔn)GB5598-85《氧化鈹瓷導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法》等。

2：關(guān)于試樣的定義：

  1、平均溫度（表面），n-面積測(cè)量表示溫度

  2、復(fù)合材料，由不同部分構(gòu)成的材料，各部分可以對(duì)材料的性能貢獻(xiàn)是成比例的，或是有協(xié)同效應(yīng)。

  3、熱加速器/傳感器，由絕緣線圈裝配組成，可以提供可測(cè)量的熱量  并可以應(yīng)用于判斷溫度。

  4、均質(zhì)材料，材料具有穩(wěn)定的性能，其性能與材料的位置不成函數(shù)關(guān)系。

  5、熱導(dǎo)系數(shù)（λ），熱導(dǎo)的時(shí)速，在穩(wěn)定條件下，通過(guò)單元面積的熱流。每單元溫度斜率在垂直該面積上。

  6、熱阻（θ），材料對(duì)熱流動(dòng)的阻礙。

  7、界面熱阻（R_I），溫度的不同會(huì)在試樣表面之間的相關(guān)扁平面上產(chǎn)生熱流動(dòng)。試樣的冷熱表面得到了測(cè)量。

 8、熱阻系數(shù)，它是熱導(dǎo)的倒數(shù)。在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，在與單元熱流等溫面垂直方向上的斜率。

3：符號(hào)的定義

1、λ－熱導(dǎo)，W/m·k

2、T_A－與試樣相關(guān)的高溫面的溫度，K

3、T_B－與試樣相關(guān)的低溫面的溫度，K

4、T_C－試樣高溫面的溫度，K

5、T_C－試樣低溫面的溫度，K

6、A－試樣面積，m²

7、X－試樣厚度，m

8、Q－熱流速，W(J)/S

9、q－熱流或單位面積上的熱流速，W/ m²

10、α－加速器/傳感線圈的電絕緣溫度系數(shù)

11、I－電流，A

12、θ－熱阻，K·m²/W

4：測(cè)試方法的概要

  1、試樣被夾在兩金屬塊之間，在定熱作用下壓縮。到達(dá)平衡時(shí)，測(cè)量溫度。則熱阻便可以     計(jì)算出。熱阻和厚度在技術(shù)表面熱導(dǎo)時(shí)將被用到。

 2、這些測(cè)試方法測(cè)量了低模量絕緣材料的熱導(dǎo)性能，這些材料在電器設(shè)備中提供了導(dǎo)熱性能。

  如果低模量材料鋪層和測(cè)試試樣相粘結(jié)，且無(wú)空氣存在，則這些測(cè)試方法對(duì)高模量材料也是適用的。

3、對(duì)于些試樣來(lái)說(shuō)，由于太薄而不適用于溫度傳感的溫差電偶，而該測(cè)試方法卻很容易得到其熱性能數(shù)據(jù)。該方法還可以避免由于不同壓力、表面狀況、裝配電器設(shè)備的技術(shù)等帶來(lái)的困難。

4、實(shí)際上，該測(cè)試方法有以下假設(shè)：1、試樣各層相互粘結(jié)。2、各層之間沒(méi)有有效的抗性。在熱阻－積累厚度平面圖中的斜率是由熱導(dǎo)決定的，并沒(méi)有考慮界面熱阻。

 5、 該儀器的主要的特征可參考標(biāo)準(zhǔn)上的測(cè)試方法圖，儀器中使用了個(gè)相關(guān)的熱量計(jì)?？梢缘玫搅鬟^(guò)試樣的熱流速率。流經(jīng)試樣的熱流速率是由加熱器的供電系統(tǒng)測(cè)量的。各接觸表面處理應(yīng)在0.4цm之內(nèi)。這是為了給與試樣相接觸的測(cè)量棒提供的平面。

6、加熱單元是由銅或是其他高導(dǎo)性的材料構(gòu)成的，且包含有套筒或是相似的加圈。它用熱絕緣材料（環(huán)氧FR－4）與周?chē)谋丶訜崞飨喔綦x。絕緣材料為5mm厚度。保溫加熱器不受 壓力，以確保所有的測(cè)量能量都傳到高測(cè)量棒上。測(cè)量棒是由高熱導(dǎo)性材料紫銅構(gòu)成，并且具有平行的工作表面。

  7、冷卻單元是個(gè)金屬盒，由恒溫池對(duì)其冷卻，恒溫池的溫度變化不能超過(guò)±0.2K。

   加壓系統(tǒng)是經(jīng)由個(gè)手柄加壓。

8、如果試樣周?chē)h(huán)境需要絕緣，則應(yīng)使用纖維毯。

 9、對(duì)于熱阻：從測(cè)試材料中取出塊，其面積與（長(zhǎng)度和寬度）要和測(cè)量塊樣。根據(jù)D374中方法C測(cè)量試樣的厚度。

10、對(duì)表面熱導(dǎo)：準(zhǔn)備足夠的試樣來(lái)保證所要求的層數(shù)。

 11、試樣條件作用：除非有具體要求，否則試樣測(cè)量應(yīng)在般被承認(rèn)的條件下測(cè)量。在測(cè)試前，用適當(dāng)?shù)牟环磻?yīng)溶劑除去試樣表面的臟物和明顯的間接污染物，為了確保清潔劑的除去，在清洗完后應(yīng)適當(dāng)?shù)暮娓伞?/span>

12、試樣放于兩個(gè)測(cè)量塊之間。

   如果使用熱量計(jì)，則將其置于低測(cè)量塊與冷卻單元之間。

   在測(cè)試過(guò)程中保持該壓力。

13、記錄測(cè)量塊的溫度和熱量計(jì)平衡時(shí)的溫度，在沒(méi)有使用熱量計(jì)時(shí)記錄加熱器的電壓和電流。     在到達(dá)平衡時(shí)相隔15min進(jìn)行兩次連續(xù)操作的溫度記錄。兩次記錄結(jié)果的差別應(yīng)在±0.2K之間。

14、計(jì)算試樣平均溫度和熱阻，對(duì)單層試樣的熱阻和測(cè)試試樣的熱阻進(jìn)行說(shuō)明。

15、確定多層材料的熱阻，當(dāng)層數(shù)增加后應(yīng)當(dāng)降低熱流以便使多層材料的測(cè)試溫度和單層材料溫度的差別在±2K之間。

1. 測(cè)試方法的計(jì)算

    1、熱阻

   熱流的計(jì)算應(yīng)使用熱流計(jì)，計(jì)算流過(guò)熱流計(jì)的熱流公式如下：

    Q=(λ_R*A/d )*(T5-T6)

Q：熱流，W

λ_R:熱量計(jì)材料的熱導(dǎo)

A：熱量計(jì)的面積m²

T₅-T₆：熱量計(jì)兩個(gè)熱電偶的溫差

d：熱量計(jì)兩溫差電偶的距離

在沒(méi)有使用熱量計(jì)時(shí)，熱流用以下公式計(jì)算：

Q=V I

Q：熱流量 W

V：加熱器的電壓

I：加熱器的電流

2、與試樣相接觸的高測(cè)量塊的溫度計(jì)算公式：

TA=T2-d_B/d_A(T1-T2)

T_A：與試樣相接觸的高測(cè)量塊的溫度，K

T₁：高測(cè)量塊的較高溫度，K

T₁：高測(cè)量塊的較低溫度，K

d_A：高溫傳感器間距，m

d_B：低位傳感器到高測(cè)量塊低表面的距離，m

3、與試樣相接觸的低測(cè)量塊的溫度計(jì)算公式

T_D=T3+d_D/d_C (T3-T4)

T_D：與試樣相接觸的低測(cè)量塊的溫度，K

T₃：低位測(cè)量塊的高溫,K

T₄：低位測(cè)量塊的低溫,K

d_C：溫度傳感器之間的距離，m

d_D：高溫傳感器到低測(cè)量塊的高表面之間的距離，m

4、熱阻的計(jì)算

   θ=(TA-TD)*A/Q

從單層或是多層試樣的熱阻—各自的試樣厚度的平面圖中得到熱導(dǎo)。在平面圖中X軸表示試樣厚度值，Y軸表示試樣熱阻值。

熱阻－厚度曲線是條直線，其斜率是表面熱導(dǎo)的倒數(shù)。在零厚度處的截距是界面熱阻，R_I是試樣的特性。

另中方法是用zui小平方值法計(jì)算斜率和截距。

五：軟件的操作及安裝

   1：軟件的操作環(huán)境:windowsxp/sp2簡(jiǎn)體中文操作系統(tǒng)，office2003完整安裝。

2：用隨機(jī)所帶光盤(pán)，按提示安裝到文件路徑。

3：軟件升級(jí)下載相關(guān)控件或與我公司技術(shù)部。

4：軟件軟件操作全中文式。隨機(jī)所帶光盤(pán)有說(shuō)明。

六：設(shè)備配置

1、測(cè)試主機(jī)                    臺(tái)

2、計(jì)算機(jī)（帶打印機(jī)）          套（用戶(hù)自備）

3、測(cè)試軟件                    套（光盤(pán)）

4、恒溫水槽                     臺(tái)

5、數(shù)據(jù)處理裝置                 臺(tái)

6、說(shuō)明書(shū)                      份

7、合格證                      份

附測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：