[发明专利]多孔陶瓷导热系数的简易测量装置

说明书

技术领域

本发明属于导热测量技术领域，具体涉及多孔陶瓷导热系数的测量装置。

背景技术

多孔陶瓷由于具有低导热，低密度，高孔隙，耐高温和耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于制备过滤膜，催化剂载体，燃烧器和保温材料等。其中，导热系数是多孔陶瓷一个重要的物理参数，是评价多孔陶瓷性能必不可少的基础数据。目前，多孔陶瓷的导热系数主要通过实验测量获得，根据测量原理大致可分为稳态法和非稳态法。稳态测量法具有原理简单，可准确、直接地获得热导率，缺点是测定时间较长和对环境（如测量系统的绝热条件、测量过程中的温度控制以及样品的形状尺寸等）要求苛刻。非稳态测量法通过测量样品的温度分布随时间变化来推算导热系数，特点是测量时间短、精确性高、对环境要求低，但是公式较复杂，一般多用于比热基本趋于常数的中、高温区导热系数的测量。常用的稳态法有防护平板法，热流计法等，常用的非稳态法有热线法，平面热源法和散光等，并且各种测量方法都有一定的导热系数测量范围。

多孔陶瓷的成型方法有很多种，当运用模压或者注模成型时，最终样品的尺寸受限于模具大小，这样很多普通的热导率测试仪器并不适用，而某些能够进行测量的精密测量仪器又价格昂贵，进行一次测量所需费用较高，所以搭建一种能快速准备测量多孔陶瓷导热系数的简易实验装置是非常必要的。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种多孔陶瓷导热系数的简易测量装置。

多孔陶瓷导热系数的简易测量装置包括位于底部的加热器1，加热器1的顶部设有热源2，热源2的顶部设有上下对应的上铜片5和下铜片3，下铜片3与热源2直接接触为热端，上铜片5为冷端；测量时，被测多孔陶瓷4位于上铜片5和下铜片3之间；上铜片5的中部和下铜片3的中部分别开设有小孔，上热电偶8的一端插设于上铜片5的小孔内，下热电偶9的一端插设于下铜片3的小孔内；上铜片5、被测多孔陶瓷4和下铜片3上包裹着保温罩6，保温罩6的外侧顶部设有重块7；上热电偶8的另一端和下热电偶9的另一端分别位于保温罩6的外部。

所述热源2为圆形或方形的厚铁块或厚铜块，厚度为20～40mm；圆形的厚铁块或厚铜块直径为60～80mm，方形的厚铁块或厚铜块的边长为60～80mm；所述上铜片5和下铜片3均为圆形或方形，厚度3～5mm；所述重块7为圆形或方形的铁块或者铅块，厚度为20～40mm；圆形的铁块或者铅块的直径为20～30mm。方形的铁块或者铅块的边长为20～30mm。

所述加热器1为高温陶瓷加热片或者电阻加热器。

保温罩材料为聚苯乙烯或者聚氨酯泡沫保温材料。

所述上热电偶8和下热电偶9均为Ф0.5的K型铠装热电偶。

本发明利用傅里叶传热定律，一个厚度为h、截面积为A的样品两边的热端温度和冷端温度分别记为T_h和T_c，则从热端到冷端在样品内将产生一个纵向热流Q。由此可以导出样品的导热系数λ为：

λ=hQA(Th-Tc)---(1)]]>

本发明的测量操作步骤如下：

（1）首先将插有下热电偶9的下铜片3放在热源2上，加热器1通电对热源2进行加热，待下铜片3温度升至60℃左右时，停止加热；

（2）停止加热后，依次在下铜片3上放上被测多孔陶瓷4和插有上热电偶8的上铜片5，包裹上保温罩6，并压上重物7；

（3）开始同时记录上铜片5和下铜片3的温度；

（4）待上铜片5温度升至45℃左右时，停止测量；

（5）取下被测多孔陶瓷4和上铜片5冷却至室温，重复步骤（1）～（4）进行第二次测量；

（6）重复步骤（1）～（4）进行第三次测量；

（7）分析采集得到的三次测量数据，利用origin8.0软件计算出测量温度段样品的导热系数。

与现有的测量多孔陶瓷导热系数装置相比，本发明的优点是：