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導熱界面材料熱導率測試方法匯總
發(fā)表時間:2023-07-28 人氣:649 所屬分類:行業(yè)動態(tài)

  什么是熱導率?書面用語是——單位面積、厚度、溫度相差1℃時,在單位時間內通過的熱量(w/(m.K)),是物質傳導熱能的一個重要參數(shù)。大白話可以這樣說:“把熱量用材料傳遞出去時用的衡量標準”
  熱導率測試方式很多,按照熱流法一般可分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩種;也有人分得更細,有穩(wěn)態(tài)法、準穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法三種。
  穩(wěn)態(tài)測試法:
  待測試樣處在一個不隨時間變化的溫度場中,根據(jù)測量通過試樣面積上的熱流速率,試樣熱流方向上的溫度梯度,以及試樣幾何尺寸等,根據(jù)傅立葉定律直接測定熱導率。

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 ?。≦是加熱的功率,就是你加熱內墻溫度在140度時向外傳的熱量,K是導熱系數(shù),h是厚度,S是面積.想你這種情況只能是假設熱量完全傳導,知道加熱功率,計算出△t,然后就可以算出另一端的溫度。)
  穩(wěn)態(tài)法測試材料熱導率時,有兩個根本問題需要解決:1,測定待測樣品的熱流速率;2,要得到一個與建立的物理模型時所作的假設相符合的熱流圖像。解決第一個問題通常有以下幾個途徑:
 ?、?,測定待測樣品的熱流速率;
  ②,測定用來加熱試樣的熱量;
 ?、郏谷粺崃康韧赝ㄟ^待測樣品以及與之串聯(lián)的已知熱導率數(shù)值的標準樣品,標準樣品實際上起著卡計的作用,是比較常用的。
  要解決第二個問題通常有下面幾個途徑:
  ①,設計一種裝置,把熱流束縛在規(guī)定的方向;
 ?、冢O計各種形狀規(guī)格的試樣,以得到便于數(shù)學描述的熱流圖像;
 ?、?,推導出相應的數(shù)學公式以便于制備的試樣中的熱流圖像;
  因此,采用上述不同的途徑,常把穩(wěn)態(tài)法分成徑向熱流法和縱向熱流法兩大類。在徑向熱流法中,使用一個能完全包圍住熱源的試樣。如熱源設計得當,熱流將以勻稱的圖像自中心向外流出。這種體系常由一個直徑比很大的圓柱體試樣,將該圓柱體試樣熱源包圍構成;或者有一個中空的球體或回傳橢球體試樣,將一個同樣形狀的熱源包圍構成。該法的特點便于熱流圖像進行數(shù)學描述。穩(wěn)態(tài)測試中無論采用那種方法,都必須使主發(fā)熱器產生的熱量全部通過試樣,熱流線應垂直于試樣橫截面,整個系統(tǒng)應達到穩(wěn)定的熱平衡態(tài)。在試樣達到熱穩(wěn)定后,測量流過試樣的熱量、溫度梯度等,然后確定試樣材料的熱導率。
  目前,國內測試電絕緣勻稱聚合物、無機材料大多采用ASTM D5470-95和ASTM D5470-2006標準規(guī)定。該標準適用厚度0.02~10mm間勻相材料的熱阻測試,并計算出熱導率數(shù)據(jù)。

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  資料來源:《Standard Test Method for Thermail Transmission》
  非穩(wěn)態(tài)測試法:試樣溫度分別隨時間而變化。測試時,通常使試樣的某一部分溫度作突然或周期的變化,而試樣的另一部測量溫度隨時間的變化速率,進而直接測試試樣的熱擴散系數(shù),在經(jīng)過如下計算公式得到熱導率值。
  K=a*cp*p
 ?。╝是熱擴散系數(shù);cp是比熱容;p是密度)
  材料熱導率與物質結構、溫度和濕度有關。不同的實驗測試方法和儀器得到的實驗結果有很大差異,所以在測試時要注明用什么儀器及測定的方法。不同的材料種類,測試的原理和方法不盡相同,因此不同材料多對應的測定方法是我們要收集和突破的關鍵點。
  非穩(wěn)態(tài)法主要有周期法熱流法(包括縱向熱流法和徑向熱流法)以及瞬態(tài)熱流法。瞬態(tài)熱流法又包括:縱向熱流法、閃光法(激光脈沖法)、徑向熱流法、線熱源法和探針法、可運動熱源法和比較法等。非穩(wěn)態(tài)熱流法有兩個顯著優(yōu)點:一是測試周期短,通常測出一個實驗結果只要幾分鐘甚至是幾秒鐘。二是非穩(wěn)態(tài)測試法中的許多測試方法往往能同時熱擴散系數(shù)、熱導率和比熱數(shù)據(jù),這些都是穩(wěn)態(tài)測試法沒有辦法能做到的。
  其中幾年比較流行的TPS法就是非穩(wěn)態(tài)測試法的一種,TPS技術使用了一個薄層圓盤形的溫度依賴電阻作為樣品探頭,探頭由導電金屬鎳經(jīng)處理后形成連續(xù)雙螺旋結構薄片,外層是雙層Kapton保護層,厚度只有0.025mm,它的探頭具有一定機械強度,同時保持探頭與樣品之間的電絕緣性。

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關于高分子導熱材料的熱導率的測試還有一點必須要澄清:目前,測試熱導率的方法和設備很多,報道的熱導率數(shù)據(jù)必須注明所采用的儀器及型號,依據(jù)的測試方法。因為,不同的方法之間所測試的數(shù)據(jù)無法進行比較,甚至差別非常大,比較頭痛的一個問題。比如說我常涉足的導熱覆銅板行業(yè),熱導率是該行業(yè)該類產品非常重要的一個指標,各廠家公布的其產品熱導率非?;靵y,至今覆銅板行業(yè)也沒有制定出測試導熱率的標準及符合該標準的指定測試儀器。在此,歡迎覆銅板行業(yè)從業(yè)人員與我聯(lián)系展開相應討論。