[发明专利]一种快速测试冶金熔渣高温导热系数的装置及方法

说明书

本发明提供了一种快速测试冶金熔渣高温导热系数的装置及方法，解决了一般快速测试透明/半透明介质高温条件下辐射传热对导热系数测量的影响问题，并且实现了对冶金熔渣不同温度下导热系数的快捷测试，可以在短时间内一次性测量材料在55℃‑1300℃温度范围内的不同温度条件下导热系数情况，并得到温度‑导热系数曲线；本方法在测试过程中可对真空度进行控制，同时利用高分辨率红外测温系统以及内置热电偶对实验过程中的温度情况进行原位记录并存储；该方法具有测试范围广，测试速度快，待测试样制备方便等特点，为测试和研究材料的物理性能提供了一种更快捷、实用的方法。

技术领域

本发明属于材料热物理性能测试技术领域，尤其涉及一种快速测试冶金熔渣高温导热系数的装置及方法。

背景技术

材料是人类社会发展的基础，影响着人类社会能源、环保、生物、医学、航空航天等方方面面，材料科学的发展往往意味着人类社会的发展。材料的热物理性能研究是材料科学研究的重要组成，其中主要包括对材料的导热系数研究、热扩散系数研究、热容研究等等。本发明即是针对材料导热系数研究的一种方法。

材料的导热系数通常以希腊字母λ表示，其标准单位为瓦特/米·开(W/(m·K))。材料的导热系数是材料的一种本质属性，与材料的形状、大小无关，而只与其本身组织结构，温度等因素有关。一些常见材料20℃下导热系数情况如下表1-1所示：

表1-1常见工程材料的导热系数

目前，材料导热系数的测量主要有物理测试与计算机仿真模拟测量两种方法，其中计算机仿真模拟测量由于需要待测材料的大量物性参数以及测量准确性不高等原因导致其发展较为缓慢；而物理测试的方法相对于计算机仿真模拟测量有着便捷、直观和较为准确的特点，被广泛应用于科学研究。物理测试材料导热系数有稳态导热系数测试方法和非稳态(瞬态)导热系数测试方法两种，根据待测试样形状的不同可以分为平板法，棒状法，热线法，圆柱法、圆球法等，而根据测试过程中热量在待测试样的传导方向的不同，又可以将测试分为纵向法和横向法。本发明的一种快速测试冶金熔渣高温导热系数的装置及方法按照以上的分类方式及属于一种稳态热流圆柱体纵向导热系数测试方法。

Stalhane和Pyk在1931年率先实现了基于瞬态热线法对材料导热系数的测量，被认为是该领域的先驱；Haarman于1971年提出通过惠更斯电桥实现双热线法的应用；随后Gustafsson等人与Huang Lihan等人先后推出瞬态平板法，该测试方法对材料的适用性较好，但是瞬态平板法对测试探头的要求极高，另外非稳态方法的测试结果的波动也普遍较大，测试结果的重复性也不如稳态法；ASTM(美国材料实验协会)早期提出过一种热流计法，该方法测试过程便捷，计算简单，但是对样品形状、状态的要求较多，且对实验设备的制造精度要求极高；Mahanta等率先提出解决针对辐射传热对导热系数影响的材料导热系数测量的双端热流计法，一定程度上解决了对透明介质导热系数(特别是高温导热系数)测量误差较大的问题，但其采用的灰体辐射传热模型计算得到传热结果不够准确，测试导热系数的测试结果还有进一步提升的空；在国内，杨家健等和聂潜超等对热流计法也分别进行了改良，减少了测试过程中的热流损失，并充分考虑到了接触热阻对测试结果精度的影响。总体来说，到目前为止材料导热系数的测量已经有了很大的发展，主要存在的问题有：a.材料高温导热系数的测定(800℃)；b.对透明/半透明材料导热系数测量的准确性；c.多温度条件导热系数测试较为复杂。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种快速测试冶金熔渣高温导热系数的装置及方法。该方法和装置解决了一般快速测试介质高温条件下辐射传热对导热系数测量的影响问题，并且实现了对透明/不透明固体材料不同温度下导热系数的快捷测试，具有测试范围广，测试速度快，待测试样制备方便等特点，为测试和研究材料的物理性能提供了一种更快捷、实用的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：