标准参考材料中热导率,导热系数,热扩散率检测方案(导热仪)

瞬态平面热源法测试技术应用——Application Note： 005 上海依阳实业有限公司-——www.eyoungindustry.com 瞬态平面热源法热导率测试中的各种参考材料 Reference Materials in the Thermal ConducitivityMeasurement of Transient Plane Source Method 上海依阳实业有限公司 www.eyoungindustry.com 摘要：瞬态平面热源法是一种准确、快速的材料热物理性能测试方法，其热导率测试范围可以覆盖从绝热材料到高导热材料。为了验证和考核瞬态平面热源法的测量准确性，对美国 ANTER 公司提供的各种热导率数值的参考材料进行测试。本文罗列出所有这些参考材料以及相应的热导率数据以供在具体测试中的应用。 1.前言 瞬态平面热源法作为一种绝对测量方法，在理论上可以达到很高的测量精度。在试样尺寸满足测试方法规定的边界条件基础上，热导率的测量范围可以没有限制。因此，对于均质材料，采用 HOTDISK 瞬态平面热源法不失为一种操作简便和测量精度高的有效方法，在温度不高的范围内(200℃以下)，这种方法可以作为一种标准方法来使用，并与其它热导率测试方法一起形成有效的补充和相互比对，甚至可以用于校准其它测试方法。 瞬态平面热源法是一种绝对测试方法，自身并不需要进行校准。但为了验证和考核瞬态平面热源法的测量准确性和测试范围，我们为瞬态平面热源法配置了各个不同热导率数值范围的参考材料，这些参考材料的直径都在50mm 以上以更各种瞬态平面热源法热导率测试探头使用。本文罗列出所有这些参考材料以及相应的热导率数据以供在具体测试中的应用。 2.参考材料清单 按照热导率数据从小达到的顺序，以下是各种参考材料的名称和实物照片。 (1)美国 NIST 标准参考材料： SRM 1453 (发泡聚苯乙烯板)，尺寸100×100×10mm，热导率范围为 0.03W/mK以下。标准参考材料实物如图1所示。 (2)美国 ANTER 公司参考材料：Vespel(纯聚酰亚胺)，尺寸50.8×25.4mm，热导率范围为 0.3W/mK以下。参考材料实物如图2所示。 (3)美国ANTER 公司参考材料： Pyroceram 9606(高温陶瓷)，尺寸p50.8×25.4mm，热导率范围为 4W/mK 以下。参考材料实物如图3所示。 (4)美国 ANTER 公司参考材料：304不锈钢，尺寸p50.8×25.4mm，热导率范围为14W/mK 以下。参考材料实物如图4所示。 (5)瑞典 HOTDISK 公司参考材料：304不锈钢，尺寸p50×30mm，热导率范围为14W/mK 以下。参考材料实物如图5所示。 (6)美国 ANTER 公司参考材料：氧化铝，尺寸p50.8×25.4mm， 热导率范围为 35W/mK以下。参考材料实物如图6所示。 (7)美国 ANTER 公司参考材料：电解纯铁，尺寸p50.8×25.4mm，热导率范围为 60W/mK以下。参考材料实物如图7所示。 (8)美国ANTER 公司参考材料：纯镍，尺寸￥50.8×50.8mm，热导率范围为 60W/mK以下。参考材料实物如图8所示。 (9)美国 ANTER 公司参考材料：AXM-5Q石墨，尺寸o50.8×50.8mm，热导率范围为110W/mK以下。参考材料实勿如图9所示。 通过以上列表可以看出，所配置的参考材料覆盖了0.03至110W/mK 五个数量级范围的热导率，基本能满足绝大多数材料热导率性能测试的校对和验证。 图1美国 NIST 标准参考材料 SRM 1453 图2美国 ANTER 公司参考材料纯聚纯亚胺 Vespel 图3美国 ANTER 公司参考材料 Pyroceram 9606(高温陶瓷) 图4美国 ANTER 公司参考材料 304 不锈钢 图5 瑞典 HOTDISK公司参考材料304不锈钢 图6美国 ANTER 公司参考材料氧化铝 图7美国] ANTER 公司参考材料电解纯铁 图8美国 ANTER 公司参考材料纯镍 图9美国AANTER公司参考材料 AXM-5Q 石墨 3.参考材料热导率数据 3.1.美国 NIST标准参考材料 SRM 1453 热导率数据 美国NIST标准参考材料 SRM 1453 (发泡聚苯乙烯板)热导率数据不仅与温度有关，而且会随材料的密度发生变化，这里仅给出热导率与温度和密度的关系式，详细内容请到网址http：//www.eyoungindustry.com/2013/1024/39.html 上下载。 式中：p表示体积密度，单位kg/m；T表示整个体积密度和温度范围内的测试平均温度，密度范围为37~46kg/m，温度范围为281~313K 。 3.2.美国 ANTER 公司参考材料 Vespel(纯聚酰亚胺)热导率数据 热导率随温度变化的拟合公式为：1-0.374+2.000×10T。式中T表示温度，温度范围为20~300℃。 纯聚酰亚胺 Vespel 也可以做为热扩散率测试参考材料，这里一并给出相应的热扩散率数7.113910+ 2.7782。式中T表示温度，温度范围为-155℃~+300℃。 纯聚酰亚胺 Vespel 参考材料所具有的低温数据非常有助于进行瞬态平面热源法和激光脉冲法在低温范围内的测试应用。 3.3. 美国 ANTER 公司参考材料 Pyroceram 96065(高温陶瓷)热导率数据 高温陶瓷 Pyroceram 9606 参考材料具有低温-120℃和高温1200℃的热导率数据，这有助于瞬态平面热源法中采用云母探测器测试3至5W/mK 范围内高温条件下的材料热导率，有助于采用聚酰亚胺探测器测试达到-120℃的低温条件下材料热导率。热导率拟合公式为： 式中T表示温度，温度范围为-120~1160℃。 3.4.美国 ANTER 公司参考材料304不锈钢热导率数据 304不锈钢参考材料具有室温至900℃范围内热导率数据，这有助于瞬态平面热源法中采用云母探测器测试14 至28W/mK 范围内高温条件下热导率较高的材料。由于304不锈钢在 700℃至800℃之间有相变，因此热导率拟合公式只给出700℃前的拟合公式，热导率随温度变化的拟合公式为：1=-6.4643×10-T²+1.9638×10T+1.3714×10*。 式中T表示温度，温度范围为50~900℃。 3.5.美国 ANTER 公司参考材料氧化铝热导率数据 氧化铝参考材料具有100℃至1500℃范围内热导率数据，这有助于瞬态平面热源法中采用云母探测器测试5至32W/mK 范围内高温条件下热导率较高的材料。热导率拟合公式为： 式中T表示温度，温度范围为100~1500℃。 电解纯铁参考材料具有室温至1000℃范围内热导率数据，这有助于瞬态平面热源法中采用云母探测器测试30至70W/mK 范围内高温条件下热导率较高的材料。由于电解纯铁在800℃附近有相变，因此热导率拟合公式只给出700℃前的拟合公式，热导率随温度变化的拟合公式为：a=1.7104×10-T-6.8796×10-2T +7.2881×10*。 式中T表示温度，温度范围为0~1000℃。 电解纯铁也可以做为热扩散率测试参考材料，这里一并给出相应的热扩散率数据，α=1.1434×10T²-3.0859×10T+2.0952×10*。式中T表示温度，温度范围为50℃~700℃。 纯镍参考材料具有室温至1200℃范围内热导率数据，这有助于瞬态平面热源法中采用云母探测器测试45至70W/mK 范围内高温条件下热导率较高的材料。热导率随温度变化的拟合公式为： 式中T表示温度，温度范围为20~1200℃。 3.8.美国ANTER 公司参考材料 AXM-5Q 石墨热导率数据 AXM-5Q石墨参考材料具有室温至2400℃范围内热导率数据，这有助于瞬态平面热源法中采用云母探测器测试 30 至90W/mK 范围内高温条件下热导率较高的材料。热导率随温度 变化的拟合公式为： 式中T表示温度，温度范围为0~2400℃。 AXM-5Q石墨也可以做为热扩散率测试参考材料，这里一并给出相应的热扩散率数据：a=3.2311x10-18T6-2.9870×10-4T+1.1180×10-10T4-2.1818×10-T3 式中T表示温度，温度范围为1000℃~2400℃。 4.结论 综上所述，以上所配置的所有参考材料覆盖了0.03至110W/mK 五个数量级范围的热导率，基本能满足绝大多数材料热导率性能测试的校对和验证。 这些参考材料在瞬态平面热源法中的实际应用中，还要根据热导率的大小确定被测试样的尺寸。采用瞬态平面热源法可以直接对热导率在 40W/mK 以下的块状材料进行测试，但对于热导率大于 40W/mK的材料，则适合采用瞬态平面热源法中的薄板法进行测试，这样更能保证测量的准确性。 第页 第页 瞬态平面热源法是一种准确、快速的材料热物理性能测试方法，其热导率测试范围可以覆盖从绝热材料到高导热材料。为了验证和考核瞬态平面热源法的测量准确性，对美国ANTER公司提供的各种热导率数值的参考材料进行测试。本文罗列出所有这些参考材料以及相应的热导率数据以供在具体测试中的应用。