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目前在导热性能测试方法中三种主流方法是:热板法(Hot Plate)/热流计法(Heat Flow Meter)、激光散光法(Laser Flash)和Hot Disk(TPS技术)。以下就三种方法进行一个简单比较 。
1. 热板法(Hot Plate)/热流计法(Heat Flow Meter)
稳态法,原理是Fourier传热方程:
dQ=-λdA·dt/dn
式中 Q-----导热速率,w;
A------导热面积,m2;
dt/dn-----温度梯度,K/m;
λ------导热系数,w/m·K;
对样品施加一定的热流量,测试样品的厚度和在热板/冷板间的温度差,得到样品的导热系数,需要样品为较大的块体以获得足够的温度差。误差来源:热板/冷板中的样品没有很好的保护,存在一定的热损失;测温元件是热电偶,将热板/冷板间隙的界面影响都计算在内。第一个误差来源令这个方法不适合导热系数>2W/mK的样品,热损失太大,而且温度越高,误差越大。第二个误差来源实际是将接触热阻也计算在内,温度差偏大,因此实际测得的导热系数偏低。另外,这一方法只能提供导热系数的数据,精度为5%。
2. 激光散光法(Laser Flash)
瞬态法,原理是一束激光打在样品上表面,用红外检测器测下表面的温度变化,实际测得的数据是样品的热扩散率,通过与标准样品的比较同时得到样品的密度和比热,通过Cp=λ/H, H------热扩散系数,m2/s;λ------导热系数,w/m·K;Cp------体积比热,J/m3·K;计算得到样品的导热系数。优点是快速,非接触法,适合高温,高导热样品,但不适合多层结构、涂层、泡沫、液体、各向异性材料等。原因是激光法测试的是热扩散率,数学模式建立在各向同性材料的基础上,如为多层结构、涂层,或样品存在吸收/辐射,则测得样品的比热出现较大偏差。另外,还需要用其他方法测得密度,才能折算为导热系数,增加了误差的来源。通常,激光脉冲法精度为热扩散率3%,比热7%,导热系数10%。
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目前在导热性能测试方法中三种主流方法是:热板法(Hot Plate)/热流计法(Heat Flow Meter)、激光散光法(Laser Flash)和Hot Disk(TPS技术)。以下就三种方法进行一个简单比较 。
1. 热板法(Hot Plate)/热流计法(Heat Flow Meter)
稳态法,原理是Fourier传热方程:
dQ=-λdA·dt/dn
式中 Q-----导热速率,w;
A------导热面积,m2;
dt/dn-----温度梯度,K/m;
λ------导热系数,w/m·K;
对样品施加一定的热流量,测试样品的厚度和在热板/冷板间的温度差,得到样品的导热系数,需要样品为较大的块体以获得足够的温度差。误差来源:热板/冷板中的样品没有很好的保护,存在一定的热损失;测温元件是热电偶,将热板/冷板间隙的界面影响都计算在内。第一个误差来源令这个方法不适合导热系数>2W/mK的样品,热损失太大,而且温度越高,误差越大。第二个误差来源实际是将接触热阻也计算在内,温度差偏大,因此实际测得的导热系数偏低。另外,这一方法只能提供导热系数的数据,精度为5%。
2. 激光散光法(Laser Flash)
瞬态法,原理是一束激光打在样品上表面,用红外检测器测下表面的温度变化,实际测得的数据是样品的热扩散率,通过与标准样品的比较同时得到样品的密度和比热,通过Cp=λ/H, H------热扩散系数,m2/s;λ------导热系数,w/m·K;Cp------体积比热,J/m3·K;计算得到样品的导热系数。优点是快速,非接触法,适合高温,高导热样品,但不适合多层结构、涂层、泡沫、液体、各向异性材料等。原因是激光法测试的是热扩散率,数学模式建立在各向同性材料的基础上,如为多层结构、涂层,或样品存在吸收/辐射,则测得样品的比热出现较大偏差。另外,还需要用其他方法测得密度,才能折算为导热系数,增加了误差的来源。通常,激光脉冲法精度为热扩散率3%,比热7%,导热系数10%。