您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
9
激光導熱儀工作原理與應用范圍
激光導熱儀簡介：
激光導熱儀主要用于材料導熱性能的測試。表征材料導熱性能的參數(shù)主要有熱擴散系數(shù)、導熱系數(shù)、比熱。
導熱性能的表征方法有很多種，主要有熱流法、瞬態(tài)平面法、激光閃射法等，其中激光閃射法也稱作閃光法和激光法。
基于激光閃射法理論設計而成的導熱儀就叫做激光導熱儀。激光導熱儀可以直接測試得到材料的熱擴散系數(shù)，同時可以測試得到材料的比熱，已知比熱和熱擴散系數(shù)，可以計算得到導熱系數(shù)。
激光導熱儀適用于絕大多數(shù)材料導熱性能的測試，絕熱材料除外。激光導熱儀尤其適用于高導熱材料和高溫下的導熱性能的測試，廣泛應用于材料、汽車、航天、電子、化工、能源等領域。
激光導熱儀工作原理：
激光導熱儀由激光源在瞬間發(fā)射一束激光脈沖，均勻照射在樣品下表面；使其表層吸收光能后溫度瞬時升高，并作為熱端將能量以一維熱傳導方式向冷端（上表面）傳播。使用紅外檢測器連續(xù)測量上表面中心部位的相應溫升過程（見圖1），得到類似于右下圖的溫度（檢測器信號）升高和時間的關系曲線（見圖2）。
應用計算機軟件的數(shù)學模型對理論曲線和試驗溫度上升曲線進行計算修正，從而測出樣品的熱擴散系數(shù)，再測出比熱已知的標樣的熱擴散系數(shù)，利用數(shù)學模型計算出樣品的比熱，系統(tǒng)根據(jù)以下公式自動計算出樣品的導熱系數(shù)：
λ（T）=α（T）Cρ（T）·ρ（T）式中:λ為導熱系數(shù),W/(m K);α為熱擴散系數(shù),mm2/s;Cρ為比熱J/g/K;ρ為密度,g/cm3。
其中樣品的密度一般在室溫下測定,其隨溫度的變化可使用材料的線膨脹系數(shù)進行修正（同時修正樣品厚度隨溫度的變化),在測量溫度不太高、樣品尺寸變化不太大的情況下也可近似認為不變。
溫度升高和時間關系曲線
激光導熱儀應用范圍：
激光閃射導熱測試方法所要求的樣品尺寸小，測量速度快，精度高；
能夠覆蓋<0.1-2000W/m*K（從較低導熱系數(shù)的聚合物，到超高導熱的金剛石）的寬廣的導熱系數(shù)測量范圍，測量溫度范圍寬，樣品適應面廣；
不僅能測量普通固體樣品的導熱性能，通過使用合適的夾具或樣品容器并選用合適的熱學計算模型；
還可測量諸如液體、粉末、纖維、薄膜、熔融金屬、膏狀材料、基質上的涂層、多層復合材料、各向異性材料等特殊樣品的熱擴散系數(shù)并進而計算導熱系數(shù)。
激光導熱測試常見的問題解答：
1.能否測熱障涂層熱導率？能不能測高溫熱導率？測熱導率需要滿足什么尺寸要求？
可以測。材料要求：最佳尺寸：直徑12.7 mm，厚度1~3mm；其他尺寸：直徑10mm，厚度1~3mm或10×10×(1~3)mm（熱擴散測試）。
2.尺寸小的樣品測試有誤差？
樣品尺寸小，會影響數(shù)據(jù)結果；我們有直徑10mm,邊長10mm的夾具、標樣等，但是這種尺寸測出來的數(shù)據(jù)不如直徑12.7的準確，建議加工成標準的12.7mm的直徑，0.1mm，除非樣品難以制備成12.7的，客戶允許存在數(shù)據(jù)誤差；
例如：純銅樣品，直徑是10mm的樣品，熱擴散實測值129，10*10mm的樣品，熱擴散實測值119，直徑12.7mm的樣品，熱擴散實測值114，而純銅的理論熱擴散在115-116左右，直徑12.7mm的樣品結果接近理論值；
3.測試過程中，比熱、密度會不會造成誤差？測試熱導率時比熱會有變化嗎?變化大嗎?
比熱是在測試過程中通過與石墨或其它材質標樣比對得到的，會存在一定的誤差，要求比較高的客戶建議用DSC測試；密度建議客戶自己提供或者通過其他更準確的方法進行測試；比熱都會隨著溫度的變化而變化,變化大小和樣品本身的性質有關；
4.幾種測熱導的方法有什么區(qū)別？
激光熱導適合做一些高導熱系數(shù)的，厚度方向的導熱系數(shù)測試；薄膜熱導適用于薄膜材料，測水平方向的導熱系數(shù)；熱流法適用絕熱或低導熱系數(shù)的材料；