粉末材料中导热系数检测方案(导热仪)

C-THERMTECHNOLOGIESd. C-Therm Technologies Ltd.The global leader in non-destructive thermal conductivity testing solutions 粉末材料导热系数测试 粉末材料和制品应用范围十分广泛。作为诸多工艺过程控制的关键参数，粉末材料的导热系数的测定更为至关重要。由于粉末材料较为疏松，空气对粉末的导热系数有较大的影响。且不同的压实密度下，粉末的导热系数也有较大差别。目前，粉末材料的热物性参数数据较为缺乏。C-Therm TCi导热系数测试仪，其独有的小剂量测试部件与压力套件相结合， 可测试不同压实密度下粉末的导热系数。 加拿大C-Therm公司拥有世界领先的导热系数仪TCi。TCi采用改良瞬态平面热源法 (Modified Transient Plane Source， “MTPS”)，可直接对固体、液体、粉末和胶体等各种材料的导热系数和蓄热系数进行快速、精确地测定。TCi的应用领域包括聚合物材料、相变材料、粉末材料、热界面材料、纳米材料、传热流体、隔热材料、热电材料、含能材料、建筑材料、地质材料和功能性织物等。 TCi可用于实验室研发，质检控制及生产制造过程，并可非常方便地同控温箱、高压仓和手套箱等其他实验设备联合使用，满足用户对各种测试环境的不同需求。 除MTPS探头外， TCi另有瞬态热线法 (Transient Line Source) 探头可选，用于测试熔融高分子、土壤、沥青、油、蜡等材料。 (1)施加已知电流到探头发热线圈上，向被测样品提供一小股热量；(2)受专利保护的“guardring”技术，能够防止热量散失，保证热量沿着径向单向传递到被测样品。热量使得被测物体及探头接触面的温度上升，在探头上产生电压降；(3)通过探头表面的电压变化测定样品的热物性。 配件 小剂量测试部件(SVTK) 小剂量测试部件是最初与美国海军水面作战部一同开发用来测试其他含能材料的导热系数。小剂量测试部件可以减少液体样品测试过程中受热对流效果的影响，使之成为理想的测试液体导热系数的辅助工具。同时，选用小体积的爆炸物粉末进行测试并与地线相连接，T可确保测试过程中的安全。SVTK用用于纳米和传热流体，乳液和粉末等材料的测试。 压力套件(CTA) 适用于测试可压缩泡沫，纤维，织物，粉体，胶体等。如用于粉末材料，可控制粉末材料的密度和压缩度。 导导热系数仪在纳米流体材料上的应用 一、氧化锆粉末导热系数 氧化锆是一种高级陶瓷，，可用于制造遮光剂，电子，传感器，磨料，催化剂，高温填料和绝缘，以及耐磨陶瓷。该材料具有非常好的低热导率，同时能耐非常高的温度。 C-Therm 用TCi导热系数仪测试了氧化锆的导热系数。 表1.氧化锆粉末在室温25℃下的测试结果 Measurement Thermal Conductivity (W/mK) 1 0.0859 2 0.0864 3 0.0862 4 0.0861 Average 0.0861 Relative standard deviation (RSD) 0.22% 二、惰性材料/可燃粉末混合物导热系数 此项工作提出了惰性擦了/可燃粉末混合物的点火敏感性研究，并用C-Therm 公司的TCi导热系数仪测试了惰性粉末的导热系数[1]。 表2.惰性材料导热系数数据 Material Paiticle size Humidity(rel.%) Specific heat (meanvalue between 40 and 250℃)(.gK) Bulk density (g/cm) Thermal conductivity(W.mK) Alumina Aluminumoxide， refA/2280/60， provided byFisher Chemicals dso：87 umLASER diffiaction) 0.2 0.921 0.90 0.075 Kieselguhr#1，ref K/0100/60， provided byFisher Chemicals dso： 21 uim(LASER diffaction) 0.7 2.189 0.18 0.049 Kieselguhr 2，ref. 1.07910.1000， providedby Merck Chemicals do：20 tm (LASER diffiaction) 0.2 2.189 0.21 0.049 三、高氯酸铵粉末导热性能测试 传统的稳态法测试含能材料导热系数，因需要大量体积的材料而易导致危险。C-Therm TCi的小剂量测试部件，可选用小体积的爆炸物测试材料的导热系数，确保测试过程的安全。C-Therm和美国海军水面作战部队，合作测试了高氯酸铵粉末的导热性能[2]。 表3.准确度测试验证 Sample Measuredk/W mK Average of measuredk/WmK- RSD(%) Real k/W mK Accuracy (%) 0.162194 0.162951 PDMS 0.162945 0.162865 0.24% 0.159 2.43% 0.163008 0.163226 表4.高氯酸铵的导热系数测试结果 Test Thermal conductivity/ Wmk Average/Wm k，N=4 ， 1 RSD(%)，N=4 Average/Wm k， RN=3 RSD(%)，N=3 0.127086 1 0.127641 0.1276 0.31% 0.127866 0.127969 0.130499 2 0.128595 0.128970 0.1293 0.64% 0.1288 0.75% 0.129272 0.129295 3 0.129967 0.128839 01293 0.38% 0.129063 四、墨粉导热性能测试 墨粉是由炭黑、聚合物载体材料(低熔点塑料或蜡)和一些金属盐的复杂混合物。墨粉盒通过将墨粉加热到聚合物载体材料熔点之上，从而可将墨粉粘结到纸的表面。系统中涉及的热管理非常复杂，墨粉是由不同热容和热导率材料组成的混合物。其组件可燃，过度加热设备将会产生危险。不同制造商，墨粉盒工作的环境温度和墨粉中载体材料的相变温度有所差别。因此，了解墨粉材料的导热性能对于墨粉盒的设计至关重要。 图1.墨粉材料在不同温度和压力下的导热系数 压力对室温下墨粉材料的导热系数影响不大，当温度升高到75℃时， 压力从500gf增加到1400gf， 材料的导热系数增加了26%。归因于墨粉中的聚合物载体材料在接近75℃时发生软化，比室温下更易压缩，从而增加了墨粉的致密性和导热性。 五、面粉导热性能测试 在此项实验中，我们用C-Therm TCi导热系数仪测试了干面粉和饱和面粉的导热系数。 表5.不同面粉导热系数数据 Test k (W/mK) RSD (N=5) K(W/mK) RSD (N=5) 1 0.108 0.0% 0.485 0.3% 2 0.113 0.2% 0.495 0.3% 3 0.107 0.1% 0.468 0.4% Average 0.109 2.9% 0.483 2.4% 从表中可知，饱和面粉导热系数是干面粉导热系数的四倍多。C-Therm TCi可以为用户提供准确的测试数据。 粉末材料的导热系数是表征粉末热传导能力的一个重要参数，在各个行业都行广泛的应用。C-Therm的TCi采用改良的瞬态平面热源法，可以非常方便，快速的测试粉末材料的导热系数，为科研研究过程提供重要的帮助。 ( 参考文献 ) [1]Valtteri Mikkola，Ville Vuorinen. Impact of concentration， particle size and thermal conductivity on effectiveconvective heat transfer of nanofluids . 2015. [2] Adam Harris， Daniel N. Sorensen. Thermal Conductivity Testing of Minimal Volumes of Energetic Powders.[]Journal of Pyrotechnics，2007，25：49-53. 我们的客户： 清华大学 中国工程物理研究院 NASA 美国海军 中国科学院 中国石油天然气集团公司 霍尼韦尔 厦门大学 中国航天科技集团 加拿大自然资源部 美国陆军 飞利浦 东华大学 Nanocomposix 杜邦 加州大学伯克利分校 北京化工大学 宝洁 三星 新加坡国立大学 中国石油大学 香港城市大学 中国矿业大学(北京) 中国地质大学 东南大学 南京林化所 华侨大学 联系我们 张晶晶 邮箱： jzhang@ctherm.com 电话：13162718817021-36368319 上海办事处：虹口区花园路128号7街区D座201室 北京办事处：北京市朝阳区马泉营香江北路8号华人写字楼D06室 小剂量测试部件是最初与美国海军水面作战部一同开发用来测试其他含能材料的导热系数。小剂量测试部件可以减少液体样品测试过程中受热对流效果的影响，使之成为理想的测试液体导热系数的辅助工具。同时，选用小体积的爆炸物粉末进行测试并与地线相连接，可确保测试过程中的安全。SVTK适用于纳米和传热流体，乳液和粉末等材料的测试。