材料中热物性检测方案(导热仪)

热物理性质数据查找和换算Thermophysical Properties Data Source 关键词：热物性，导热系数，，手册，数据库 摘要 本文详细介绍了目前国内国外常用的热物理性质数据的手册和数据库，以及查阅和使用中的单位换算和注意事项。供广大设计人员，材料研究和开发人员，测试人员参考使用。 引言 2014年12月4日，美国白宫网公布了正式版本的《材料基因组计划》，简称MGI (MaterialsGenome Initiative)，是美国国家层面的最高技术发展规划，是继2001年《美国国家纳米技术战略规划》之后的首个国家级材料技术发展规划，对于缩短美国新材料研发周期，满足高新技术产业发展和新一代军用装备发展具有重要意义。 图1实用热物理性质手册封面 Fig.1 Cover of TPP hand book MGI的主要内容之一，是建设数字化的物性数据库，拟通过新材料研制周期内各个阶段的团队相互协作，加强“官产学研用”相结合，注重实验、计算和数据库之间的协作和共享，目标是把新材料研发周期和成本减半。 日本目前最权威的是日本热物性学会主编的《热物性手册》， 1990年版。该手册主要根据应用领域如能源，冶金，建筑等对材料进行划分，数据和图表并存，并有测定方法和估算说明的章节。书中题字的是长岛昭(A.Nagashima)， 日本前机械学会会长，手册的副主编。 目前国内已开始着手各种物性数据库的建设。通过数据库，将材料的成分，加工工艺，微观结构和物理性能统一起来。然而对于热物性数据而言，目前依然只能通过手册查找。本文将现有的国内外的热物性手册和数据库作详细介绍。希望对测试人员判断数据，研究和开发人员利用数据有所帮助。 热物性手册 国内最早最全的一本热物性手册，是《实用热物性手册》，1986年版。目前图书馆均有馆藏，网络上也可以下载到扫描版。由于成书较早，数据的单位需要换算。这本书的缺点是只有表格数据，没有图表数据，无法直观看出物性随温度变化的趋势和比较。 图2日本热物性手册 Fig.2 Cover of TPP hand book of Japan 美国最权威的一套手册是普渡大学热物性研究中心出版的 TPRC 手册。这个项目开始于上个世纪60年代冷战时期，航天技术领域发展的高峰期，激烈竞争促成了美国国防部对于高温热物性数据的需求和最大投资。普渡大学机械系，说服了美国国防部和其他众多的反对者，联合了包括MIT 在内的众多热物性科研机构，汇集当时美国全部专业力量，网罗当时能够搜集到的一切公开热物性数据，将这套热物性手册编成了一部超越力学性能和电学性能手册的，一部迄今为止最为恢宏的巨著，全套13本，大开本，厚5~10 cm，按照性质分类。比如第一卷金属固体导热系数，第二卷非金属固体导热系数，还有热扩散系数，比热，热膨胀，粘度，热辐射等，并有液体气体分册。副主编台湾学者 C.Y. Ho 先生说，时代和雄心给了热物性历史性的机遇。目前大型图书馆有馆藏。 图 3 TPRC 系列热物性手册 Fig.3 TPRC data series 这套手册的特点，1)对常见材料，会给出一-个标准推荐值，这个值一般作为标准数据，并对标样做详细描述。2)对每种材料的性质，会有对数坐标的温度曲线图。可以清楚的看到曲线的趋势，和各条曲线的大小量级对比。3)每条曲线编号，并在表格中描述样品特征信息。4)详细记录每条曲线的来源。 图 4 TPRC 中氧化铝的导热系数推荐值 Fig.4 Recommended values of TC in TPRC 热物性数据库网站 首先是完全免费的 MatNavi，，日本的国立材料研究所NIMS 开发。注册即可使用。目前用户已达10万。得益于美国的 MGI计划，日本加大了对于物性数据库的投资。绝热散热等热管理类的材料新项目已经启动。 图5日本 Nims 的 MatNavi 数据库 Fig.5 MatNavi database by Nims Xml | Xml Schema | Xml Schema help 图6MatNavi 的导热系数搜索结果 Fig.6 Thermal conductivity result of MatNavi 其次是目前部分免费的工程材料物性数据网站MatWeb，比较功能需要付费，有中文版界面。 图 7 MatWeb 的中文界面 Fig.7 Frontpage of MatWeb database 最后也是最权威的 TPRC 手册的网络版，是 TPRC更名成 Cindas 之后推出的收费热物性数据库。它完全继承了 TPRC 的数据收录特点和风格。补充收录了后来出现的各种功能材料，先进材料的热物性数据。目前部分研究所和大学购买了版权。 · Brochures 图 8 Cindas 热物性数据库首页 Fig.8 Frontpage of TPMD in Cindas 图9 Cindas 搜索页面 Fig. 9 Searching page in Cindas 单位转换 在各种热物性中，单位最复杂的是导热系数，变化最大的也是导热系数。经常会看到各种英制单位，工程单位和国际单位。为便于查阅，这里给出一张导热系数单位的换算表(来自《无机材料热物性学》，奚同庚著)。 表1导热系数单位换算表 Tab.1 Conversion table of TC unit 1 2 3 4 kcal /m·hr°C 1 2.778E(-3) 0.01163 8.064 cal/s·cm·°C 360 1 4.186 290.3 W/cm·°c 86 0.2389 1 693.5 2 0BTU in/ft ·hr F 0.124 3.445E(-4) 1.442E(-3) 1 注意事项 热物性数据有的影响因素少，有的影响因素多。比如比热只与成分和温度相关，热膨胀则还受到密度和气孔的影响，而最复杂的导热系数，则还会受到样品各种微观结构的影响。在随后的系列文章中，我们将来分析导热系数的影响因素，如何正确解读和挑选合适的导热系数数据。 Andy Cai， TA Instruments TA Instruments -Waters LLC上海市漕河泾开发区钦州北路1198号82号大厦16楼200233电话 021-34182000传真 021-64951999info@tainstruments.com www.tainstruments.com.cn TA INSTRUMENTS USE ONLY 本文详细介绍了目前国内国外常用的热物理性质数据的手册和数据库，以及查阅和使用中的单位换算和注意事项。供广大设计人员，材料研究和开发人员，测试人员参考使用。