[发明专利]双热流计稳态法材料热导率测量方法

说明书

技术领域

本发明属于材料导热性能测试技术领域，特别是涉及微电子塑封材料的热导率测试。

背景技术

材料的热传导行为在热能动力、冶金、化工、电子、建筑以及航空航天和生物工程领域中都被广泛的关注，例如，在电子技术中的电子元器件和电子设备的冷却、建筑工程中的采暖通风、在化工工程中的温度控制等都需要知道材料的导热性能，即需要测试材料的导热系数。

目前材料导热性能测试方法有稳态法和瞬时法两种。具体根据不同的物理模型又衍生出很多测试方法。稳态平板法是测量保温材料的导热系数的经典方法，具有试样制作方便、原理清晰，可准确、直接地获得导热系数绝对值等优点，并适于较宽温度范围，因而得到广泛的应用。然而经典稳态法存在测量时间长、热流难于准确测试等问题，难以准确实现稳态过程。非稳态测量法是最近几十年内开发出的导热系数测量方法，多用于研究高导热系数材料，或在高温条件下进行测量。在瞬态法中，测量时样品的温度分布随时间变化，一般通过测量这种温度的变化来推算导热系数。动态法的特点是测量时间短、精确性高、对环境要求低，但受测量方法的限制，多用于比热基本趋于常数的中、高温区导热系数的测量。

中国专利93115076.0叙述了一种利用稳态法测试材料导热性能的实验装置，该方法在测试样品侧面覆以已知面积和已知功率的加热盘作为热源，对加热盘进行绝热处理以实现一维稳态热传导，样品另一侧面覆以受热盘，通过测量加热盘和受热盘的温度，根据傅立叶热传导方程求得测试样品的热导率。该方法测试装置简单，测试方便。但该方法以热源的全部已知功率作为测试样品接受热量，处理方法过于粗略，没有考虑绝热材料的热损失。另外该方法未考虑加热盘和受热盘与样品接触界面的热阻，这样又会使测得加热盘与受热盘之间的温度差变大。中国专利86101542叙述了一种采用双试样测量固体材料高温导热性能的方法，其特点是位于双试样中间的主加热器和环状加热器作为热源，热流通过样品、均热板、绝热层，最后通过水冷冷板散失，分别测量双试样上下表面的温度差，代入傅立叶热传导方程计算求得材料的导热系数。该方法虽然采用水冷冷板强化热流的一维传输，但仍然是采用加热器的加热功率计量通过测试样品的热流量，没有考虑样品侧面的热损失，同时也没有考虑加热器均热板与测试样品界面热阻。

中国发明专利申请200310112520.3和200410015458.0分别叙述了采用新型氧化铝/碳纳米管复合材料为绝热装置的测量材料导热性能的方法，它采用了热源、第一热流计、待测样品、第二热流计、低温体按顺序排布并使其相互紧密贴合的测试结构，即“三明治”型样品结构。该方法的核心是采用含有定向排布碳纳米管的氧化铝复合材料作为绝热装置，提高了测试装置的绝热性能。通过位于样品两侧的已知热导率的金属块计量通过测试样品的热流密度，并通过测量金属块内不同位置的温度确定样品两侧的温度梯度，最后通过傅立叶公式计算获得待测材料的热导率。然而，该方法在计算通过样品的热流密度时，假设测试装置已实现一维稳态热传导，通过样品和位于样品上下表面的金属块的热流密度完全相等。这样通过测量已知导热系数金属块中某一区段的温度梯度，利用傅立叶公式计算获得通过样品的热流量。上述假设忽略了样品侧面的热流损失和样品与金属块之间的接触热阻，由于铜的导热系数较大，在铜金属块内相邻位置测试的温度梯度较小，因此所测得的通过样品的热流密度存在较大误差。另外，该方法中，热流一维传导也缺乏定量判据，导热系数测试结果也为包含界面热阻在内的样品的有效导热系数，并不是样品本身的导热系数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有稳态法测试材料导热性能的不足，提供一种更加准确的测量方法。

一种双热流计稳态法材料热导率测量方法，包括以下步骤：

(1)、将热源、第一热流计、待测样品、第二热流计、低温体按顺序排布并使其相互紧密贴合；

(2)、利用隔热材料紧密贴合热源、低温体内侧，及第一热流计、待测样品、第二热流计四周，使热量按照步骤(1)的顺序传递；

(3)、在第一热流计、第二热流计分别设置3-6个温度感测点；其特征在于该方法还包括以下步骤：