激光導(dǎo)熱儀測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)的方法

材料的導(dǎo)熱性能測(cè)試方法眾多，大體可分為穩(wěn)態(tài)法與瞬態(tài)法兩大類。其中穩(wěn)態(tài)法（包括熱流法、保護(hù)熱流法、熱板法等）根據(jù)Fourier 方程直接測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)，但溫度范圍與導(dǎo)熱系數(shù)范圍較窄，主要適用于在中等溫度下測(cè)量中低導(dǎo)熱系數(shù)材料。

瞬態(tài)法則應(yīng)用范圍較為寬廣，尤其適合于高導(dǎo)熱系數(shù)材料以及高溫下的測(cè)試，其中發(fā)展最快、最具代表性、得到國(guó)際熱物理學(xué)界普遍承認(rèn)的方法是閃光法（Flash Method，有時(shí)也稱為激光法，激光閃射法）。

接下來(lái)介紹一下，激光導(dǎo)熱儀測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)的方法

1.1 固體片狀樣品測(cè)試

固體樣品支架與樣品槽采用鈦酸鋁材質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)低，熱損耗極小，且槽與支架分離，更換簡(jiǎn)便；同時(shí)可根據(jù)樣品類型和尺寸定制樣品支架，支持大樣品，直徑可達(dá)25.4mm，通常適用于圓片(φ12.7mm)或方片 (10×10mm或6×6mm)樣品測(cè)試，是最為常見(jiàn)的測(cè)試類型。

圖4 固體樣品支架

1.2 液體/膏狀樣品測(cè)試

采用不銹鋼+PEEK樣品容器，上下兩端面采用厚度0.1mm的不銹鋼薄片進(jìn)行密封，將液體或膏狀樣品注入到容器內(nèi)，塞緊密封塞并將容器放到樣品支架上進(jìn)行測(cè)試。

圖5 低粘度樣品支架

1.3 熔鹽樣品測(cè)試

采用PtRh坩堝，將熔鹽樣品放置于坩堝中，液面不應(yīng)沒(méi)過(guò)坩堝上表面，保持液面水平并將坩堝放到樣品支架上進(jìn)行測(cè)試。

圖6 熔鹽樣品支架

1.4 粉末樣品測(cè)試

測(cè)試粉末樣品時(shí)，一般建議使用壓力容器（max. 300℃），將樣品置于上下兩支撐板之間，通過(guò)力矩扳手控制粉末的壓制力，將安裝好的容器放到樣品支架上進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)該容器也可用于測(cè)試樣品在一定壓力下的導(dǎo)熱性能。

圖7 粉末樣品支架

1.5 絲材樣品測(cè)試

對(duì)于絲材樣品，有專門的絲材制樣工具，可將絲材束箍于特制的環(huán)內(nèi)并進(jìn)行切割打磨處理，制成普通的片狀樣品形狀，放入LFA的標(biāo)準(zhǔn)樣品容器中、以常規(guī)模式進(jìn)行測(cè)試。

1.6 多層樣品測(cè)試

對(duì)于三層樣品，若其中兩層為已知層（熱擴(kuò)散系數(shù)已知），另一層為未知層（熱擴(kuò)散系數(shù)未知，可為上、中、下三層中的任意一層），在三層的其他參數(shù)（厚度、密度、比熱）均為已知的情況下，使用LFA 進(jìn)行三層模式測(cè)試，可以計(jì)算得到未知層的熱擴(kuò)散系數(shù)和兩層之間的接觸熱阻。

圖9 多層樣品測(cè)試

1.7 各向異性樣品測(cè)試

與垂直方向相比，有些情況下材料水平方向的熱導(dǎo)率更受關(guān)注。比如，導(dǎo)熱存在各向異性的散熱片、散熱器以及包裝材料。對(duì)于水平方向上傳熱為各向同性、但是不同于垂直方向的材料，要測(cè)試水平方向的熱擴(kuò)散，需要采用特殊的In-Plane托盤進(jìn)行測(cè)試，如圖10所示。

該托盤包括底座和特制的蓋子，底座中心有5mm 左右的圓孔，用于接收光源能量，蓋子的直徑為26mm，中心有直徑為10mm左右的擋片，用于屏蔽沿垂直方向傳遞的熱信號(hào)，擋片的外圍有一個(gè)寬度約為2mm 左右的圓環(huán)，檢測(cè)器通過(guò)此圓環(huán)檢測(cè)樣品沿水平方向傳導(dǎo)的熱信號(hào)。

圖10 In-Plane托

1.8 納米薄膜樣品測(cè)試

普通激光閃射法只能測(cè)試微米級(jí)薄膜材料的熱物性參數(shù)，對(duì)于納米級(jí)薄膜材料熱物性參數(shù)的測(cè)試，需采用熱反射方法，即在一定的溫度范圍內(nèi)，材料的反射率隨溫度變化而變化，當(dāng)一束強(qiáng)度經(jīng)周期性調(diào)制的激光入射到樣品表面時(shí)，通過(guò)測(cè)量反射激光的強(qiáng)度變化，測(cè)量材料的溫度變化。與激光閃射法相比，使用反射激光測(cè)溫代替紅外測(cè)溫，測(cè)量更高速。

圖11 熱反射法測(cè)試原理.

以上就是關(guān)于激光導(dǎo)熱儀測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)的方法的介紹，希望對(duì)大家有幫助。

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