稳态热流法导热系数检测 广州导热系数测试

稳态热流法导热系数检测 广州导热系数测试  

导热系数的表征有多种方法，热流法、热线法、瞬态平面热板法等。

导热系数测试方法的演化

导热系数的测试主要有稳态法和非稳态法。

Zui早出现的是稳态法。常见的稳态法有热流计法和防护热板法。热流计法，将热流传感器放置于样品和冷板间，测量通过样品的热流，进而测试样品的导热系数。防护热板法[1]的测试和热流法类似，测试时将两块样品交替放置于冷板和热板之间，热量从中心板传递到内防护板，垂直穿过试样到达冷板，此时外防护板温度显示冷板和热板的平均温度，降低了样品边缘热交换，形成一维垂直热流，进而测试得到导热系数。

稳态法的测试特点[3]是保持被测物质温度梯度不变，形成稳态传热，通过傅立叶定律得到被测物质的导热系数。刚开始稳态法主要用于测试导热系数低的物质，随着高导热材料的需求越来越大，高导热材料很难保持温度梯度不变，稳态法不能满足高导热物质导热系数的测试，加上稳态法中稳态温度场达到的时间长、稳态法测试效率低，对被测物质的尺寸较为严格，非稳态法便产生了。

非稳态法又称为瞬态法，主要包括热线法、热带法、瞬态平面热板法、激光闪射法等。

1960年代Zui早出现了热线法。热线法控制样品温度的将恒定功率的线状导电体放置于两块样品的平面间，通过测量两个时间点的温度变化来计算样品的导热系数。热线法主要用于测试蓬松物质的导热系数，如粉末。对于液体和固体的导热系数，热线法测试误差较大，接触热阻的影响较大。

图4 热线法导热系数测试原理及电路链接示意图[2]

在热线法的基础上，1970年代发展了热带法。热带法测试原理和热线法测试原理相同，不同的是将线状的热源改变成了带状的热源，从而增加热源和物质的接触，降低接触热阻的影响。

1980年代，激光闪射法也开始发展。激光闪射法主要依靠激光源或闪光氙灯瞬间发射脉冲光束作为热源，照在样品表面，利用红外检测器检测热信号，从而分析得到热扩散系数。激光导热法直接得到的是热扩散系数，后期通过扩散系数和密度、比热计算可以得到导热系数。

图5 激光法测试热扩散系数原理示意图

同期，经过热线法和热带法的发展，形成了一种新的测试方法，瞬态平面热板法，也称作瞬态平面热源法和Hotdisk法。

瞬态平面热源法不同于热线法和热带法，将直热源变成弯曲的热源，形成平面热源，小空间里获得大的接触面积，采用数学模型模拟传热过程。Hotdisk热常数分析仪就是基于瞬态平面热源法研制而成。

2.2 导热系数测