[发明专利]一种高导热材料的热导率测试装置及方法

说明书

本申请公开了一种高导热材料的热导率测试装置及方法，属于热导率测试技术领域，解决了现有技术中加热组件的热流密度较低，热导率测量结果不准确的问题。装置包括加热组件、热量汇聚组件、冷板和信号采集处理单元，加热组件放置于热量汇聚组件的上方，热量汇聚组件用于增大加热组件的热流密度φ至(8～9)φ，加热试样上表面，冷板用于冷却试样下表面。测试方法如下：将试样置于热量汇聚组件与热流计之间，热流计下方设置冷板；启动加热组件，使试样上表面温度升至待测温度，恒温；启动加热组件后，启动冷却循环水机，使试样下表面温度至待测温度，恒温；整个系统达到平衡后，采集数据，计算热导率。本申请可用于高导热材料的热导率测试。

技术领域

本申请涉及热导率测试设备技术领域，尤其涉及一种高导热材料的热导率测试装置及方法。

背景技术

热导率测试技术以一维稳态傅里叶传热定律为理论基础，将具有一定宽厚比的试样放置于加热单元和冷却装置之间，当试样热面和试样冷面的温度均匀地恒定在一定的温差下时，理想状态下其内部(尤其是中心区域)会建立起准一维的纵向稳态热流，根据热流密度、试样热面温度、试样冷面温度和试样厚度即可得到试样的有效热导率。

目前针对热导率≥150W/(m.K)的高导热材料如多孔状高导热碳泡沫的热导率测试，还没有成熟的测试方法。现有的研究中，分别选取瞬态的激光脉冲法导热仪和稳态的保护热流计法导热仪对该材料进行热导率测试试验，发现采用激光脉冲法测试时试样的厚度对测量结果的影响很大，同一批试样厚度不同时测得的热导率数值之间最大能超过50％，因此无法得到可靠的热导率数值；现有的保护热流计法导热仪的测量范围为0.1W/(m.K)～15W/(m.K)，当测量高导热碳泡沫时，施加在试样上下表面的温差只能达到1.5℃左右，无法达到15℃～25℃温差的要求，温差信号的信噪比较差，对测量结果造成很大影响。

发明内容

鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种高导热材料的热导率测试装置及方法，以解决现有技术中普通加热组件的热流密度较低，导致试样上下表面的温差较低，热导率测量结果不准确、一致性差的问题。

本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本申请提供了一种高导热材料的热导率测试装置，包括加热组件、热量汇聚组件、冷板和信号采集处理单元，加热组件放置于热量汇聚组件的上方，热量汇聚组件用于增大加热组件的热流密度φ至(8～9)φ，进而加热试样上表面，冷板用于冷却试样下表面。

在一种可能的设计中，还包括原位测厚单元。

在一种可能的设计中，加热组件为长方体。

在一种可能的设计中，热量汇聚组件自上而下包括上段、中段和下段，上段为长方体，中段为四棱台，下段为长方体。

在一种可能的设计中，上段的上表面与加热组件的下表面贴合，上段的上表面与加热组件的下表面的尺寸相同。

在一种可能的设计中，中段的上表面的尺寸与上段的下表面的尺寸相同；中段的下表面的面积S₂小于中段的上表面的面积S₁；下段的上表面的尺寸与中段的下表面的尺寸相同。

在一种可能的设计中，上段的高度H₁、中段的高度H₂和下段的高度H₃的比例为：H₁:H₂:H₃＝1：(20～30)：(10～15)。

在一种可能的设计中，加热组件包括依次层叠的均温板、加热板和隔热层，其中，加热板包括加热丝或多根加热板条，沿逐渐远离加热板的中心的方向，加热板的加热温度逐渐升高。

在一种可能的设计中，加热组件、热量汇聚组件和冷板外部四周均包裹一层隔热材料。

本申请还提供了一种高导热材料的热导率测试方法，热导率测试方法包括如下步骤：