[发明专利]一种半定量快速测量材料热扩散性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量方法，具体涉及一种半定量快速测量材料热扩散性能的方法。

背景技术

在导热材料、保温材料及相变材料等研发过程中，往往需要及时了解研发样品的热扩散性能，但由于研发过程的样品非最终产品，不需要对其热扩散性能等进行定量测量，只需要了解样品热扩散性能的大致数值及不同样品的改进情况，为优化研制方法提供数据参考。因此若采用现有测试方法，存在所需样品较多、测试周期长、测试费用高等问题，大幅度延长产品研发周期，而采用半定量快速测量材料热扩散性能的方法则可以有效的解决上述问题。本发明具有样品需求少、测量成本低、快速、高效等优点。

在导热、保温、相变等材料的选择应用过程中，上述问题更是突出，因为在材料选择应用过程中往往只需要进行对比试验即可，对上述材料的热扩散性能的量化值无具体要求，但对测试效率和成本的考虑居于重要位置。

文献中常见的一种材料热扩散性能的定性测试方法是通过对测量样品在加热和冷却过程中的温度变化，加热或冷却介质一般为水或空气。该方法测试周期要求较长，样品较多，受自然对流的影响无法对一般的流体状材料进行测试，因此未被广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种半定量快速测量材料热扩散性能的方法，采用点状激光对相同表面状态的测试样品进行非接触加热，通过温度传感器测量测试样品的温度。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种半定量快速测量材料热扩散性能的方法，包括以下步骤：

S1、组装实验设备，将固定支架、激光器、载物台、高精度时间继电器、直流电源、数据采集器和计算机通过电源线连接起来；

S2、初步估计测试样品导热系数数量级，根据估计值选取与之相近的同类标准样品；(或标准样品测试数据)，标准样品的数量依据实际情况决定，但一般不少于5种标准样品；

S3、启动直流电源，对激光器进行供电，调节激光器的位置，使激光器的光斑照射在坩埚中心区域，激光出口镜头据坩埚上表面距离控制在10mm～20mm，固定激光器后关闭直流电源；

S4、开启测温系统，进行调试，确保其正常运行；

S5、取标准样品，将其盛放于坩埚内(固体样品直接放置于载物台指定位置)，样品须充满坩埚，采用干锅盖密封坩埚后将其放置在载物台中间的孔内，开启测温系统，温度稳定(温度5min变化量ΔT≤0.2℃)后开启直流电源和高精度时间继电器，对激光器供电，激光器对测试样品进行加热，通过时间继电器设定激光器的加热时间(加热时间一般为10s)，加热时间满足设定要求后自动断电，测温系统对全过程进行测温，保存数据；

S6、重复步骤S4，完成所有标准样品的测试。

S7、重复步骤S4，完成所有测试样品的测试。

S8、比较测温曲线，根据测温曲线判定测试样品热扩散性能的半定量值或比较测试样品的热扩散性能优劣。

其中，所述载物台包括主体结构、坩埚、高导热石墨膜、隔热块和薄膜铂电阻测温传感器，所述薄膜铂电阻通过GD414硅橡胶黏贴在高导热石墨膜和隔热块之间，所述胶层厚度为0.2～0.3mm，所述隔热块与主体结构之间采用J131胶粘结。

其中，所述标准样品为液体、胶状和粉状时，需要盛放在坩埚内，坩埚采用纯铝坩埚，直径为5.4mm，高2.0mm。

其中，所述标准样品为固体样品时，需要加工成φ6mm×5mm的样件，表面涂抹Z306黑漆。

其中，所述的主体结构材质为环氧酚醛玻璃布层压板。

其中，所述的干锅盖上表面喷涂有Z306黑漆，黑漆表面吸收率α_s＝0.98±0.02，黑漆厚度为15μm～30μm。

其中，所述的高导热石墨膜厚度为120μm～150μm，面向导热系数≥50W/mK、厚度方向导热系数≥5W/mK。

其中，所述的隔热块材质为气凝胶复合材料。

本发明的原理为由于激光功率、激光工作时间、测试样品的摆放位置及表面状态等均固定，因此可以通过比较测试样品和不同标准样品的温度变化来获得测试样品热扩散性能的半定量值，或通过不同测试样品的温度值来比较不同测试样品热扩散性能的优劣。

本发明具有以下有益效果：

可以应用于材料研制、开发和应用选择过程中快速获取材料热扩散系数范围值或比较不同材料热扩散性能的优劣，具有样品需求少、测量成本低、快速、高效的特点。

附图说明

图1为本发明提供的测试装置结构及系统示意图。