瞬态平面热源法导热系数测试系统

本文介绍了葡萄牙里斯本大学Gomes等人2018年发表的研究工作来说明隔热砂浆导热系数测试方法选择和正确使用的重要性，讨论和指出了测试中存在的问题，并提出了更合理的测试方法和测试过程建议，以期实现更有效和准确的砂浆材料热物理性能测试。

采用瞬态平面热源法热导率测试系统对硅酸钙隔热材料、纳米超级隔热材料、低密度刚性隔热瓦和纤维增强碳气凝胶隔热材料四种比较典型隔热材料在常温常压下进行了热导率测试，目的是准确确定几种典型隔热材料在常温常压下的热导率数值，同时便于与其它热导率测试方法和测试设备进行对比，对其它测试方法和测试设备测量隔热材料热导率的测试结果做出基本的评判。

针对气凝胶类超低导热系数隔热材料，按照特定要求在不同温度和不同真空度条件下进行导热系数测试方案的制定。详细描述了测试方案的初步内容和相关验证试验。

本文对瞬态平面热源法测试建筑材料变温条件下的导热系数进行了详尽的报道，分别介绍了多重不同建筑材料在常温和高温下的导热系数、热扩散率和体积比热容的测试过程，并且介绍了一部分建筑材料热性能受湿度的影响结果。

闪光法作为一种经典的材料热物理性能测试方法，是所有热物性测试方法中应用最为广泛的方法，它基本覆盖了所有金属和金属基复合材料、陶瓷和陶瓷基复合材料等刚性高密度材料的热物性参数的测试，闪光法测试设备也成为了材料性能测试评价最常配备的仪器设备。随着材料科学的飞速发展，材料热物理性能的测试评价对闪光法测试效率提出了更高的要求。为提高闪光法测试效率，多年来闪光法测试设备厂家一直在进行着这方面的努力，并推出了相应的多试样闪光法测试设备。本文详细介绍了国内外闪光法测试技术在多试样功能方面的发展历程，展示了多试样闪光法测试技术和设备的特点，为今后更高效的闪光法测试技术发展提供参考和借鉴。

针对瞬态平面热源法热导率测试中的漏热问题，采用透红外材料和红外热像技术开展了相应的研究工作。通过采用透红外的玻璃类材料、塑料类材料和蓝宝石材料作为被测试样，结合红外热像技术，完美的证明了瞬态平面热源法在对热导率大于0.1W/Mk以上的塑料类材料测试过程中，可以完全不用考虑探头漏热所带来的影响。而对于热导率小于0.1W/mK以下的低导热材料或热导率小于0.03 的超低导热材料，瞬态平面热源法测试过程中的漏热问题还需要开展进一步的研究和验证试验。

对于高导热碳化硅（4H-SiC、6H-SiC）圆晶的导热系数测试，目前普遍都采用闪光法，但都存在测试结果偏低的现象。本文基于这种高导热碳化硅特性和闪光法，解释了这种测试误差较大的原因，并通过相关文献报道的测试数据展示了这种误差存在是必然结果，因此不建议采用闪光法测试这种高导热且透明的碳化硅圆晶。

针对一系列不同密度的硬质聚氨酯泡沫塑料被测样品，采用瞬态平面热源法（HOT DISK法）导热仪，在常温常压下进行了导热系数测试，以了解导热系数随密度的变化规律。测试结果显示聚氨酯泡沫塑料导热系数随密度增大呈单调线性升高。

针对用户提供的阻燃泡棉样品，某第三方检测机构测试了样品在不同压缩率下的导热系数，测试结果呈现出随压缩率增加（密度增大）导热系数降低的反常现象。本文介绍了针对这一反常现象所开展的对比测试，证明了这是一起典型的测试事故，此第三方机构的检测结果除违反常识规律之外，未压缩状态下的导热系数测量结果也存在2倍以上的误差。此次案例分析说明某第三方检测机构缺乏测试质量品控的管理措施，需加强测试仪器测量准确性的考核和校准。

介绍了一种新型非真空型超级隔热材料的导热系数测试过程，测试方法为瞬态平面热源法（HOTDISK法），在常温下导热系数测试结果为0.0104W/mK。这是目前我们接触到的导热系数最低的实体材料，建议采用其他测试方法进行进一步的考核验证。

针对某一牌号导热脂这种热界面材料，采用瞬态平面热源法（HOTDISK法）测量了这种材料在25℃至150℃范围内导热系数，由此了解导热脂在不同温度下的导热性能，为这种材料的工程应用提供参考。

薄的织物和隔热材料的逐渐广泛应用，使得现有各种测试方法已经无法满足这些材料导热系数和热阻准确测试的要求。本文详细介绍了现阶段对这些低导热薄材料热导率测试中存在的错误现象，从测试方法方面分析造成这些问题的原因，为今后准确测量提供参考和借鉴。

本文对目前织物冷暖感测试方法的研究现状进行综述，介绍了最大热流和吸热系数测试方法和仪器，分析各种测试方法的特点，并提出改进意见，以开展相应国产化测试仪器的研究和开发。 　

将多种低温物理性能测试方法和测试仪器的集成为两个测试系统，可以在集成测试系统上实现弹性模量、热膨胀、热导率、电阻率和热辐射系数多个物理性能参数的测试。 被测材料覆盖固体金属材料、固体非金属材料、复合材料、粉体颗粒状材料和粘结剂材料。 通过低温制冷机系统和真空控制系统，可以实现4K～室温温度范围内物理性能参数测试，测试气氛可以是真空、惰性气体和大气环境，可以测试不同气氛和不同真空度条件下的材料物理性能。

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）针对NIST标准参考材料SRM 1453的测试，验证了低温变真空材料热物理性能测试系统的热导率测试误差完全达到小于±5%的设计指标。 （2）整个测试系统空间环境的模拟，在 真空度范围内真空度可以精确定点控制在±1‰波动范围内。 （3）特别是通过真空环境下材料极低热导率的测试，证明瞬态平面热源法完全具备超低热导率测试能力，再一次验证了以往瞬态平面热源法隔热材料热导率测试结果经常比保护热板法偏大的原因，再一次证明国内绝大多数隔热材料超低热导率测试结果明显偏低很多，存在巨大的误差。 （4）此次测量并未采取任何措施降低试样与探测器接触热阻，因此从理论上来说，真实的热导率结果应该比测试结果还要略微偏大一些。

针对真空环境下热导率测试过程中遇到的试样接触热阻对热导率测试的影响，验证接触热阻对热导率测试影响的严重程度，进行各种材料的测试和对比，寻求解决方法并通过试验来验证减小热阻方法的可行性和有效性。

本文详细介绍了标准物质的定义、特征、等级、选用原则以及在测试分析中的作用。针对标准物质在热物理性能测试中的应用，详细介绍了美国国家标准和技术研究院NIST和欧盟标准物质和测量研究院IRMM 两 个国外机构热物性标准物质。

为了进行温度调制法热导率测试技术和仪器的研制，特别是为采用温度调制法实现对冰块热导率的测试，需要热导率在1~4W/mK范围的一系列参考材料。本文介绍了选择大理石材料作为参考材料所进行的热导率测试和结果，测试方法并采用瞬态平面热源法。

本文针对新一代高导热半导体材料4H碳化硅晶片，介绍了采用瞬态平面热源法（HOT DISK法）进行室温导热系数测试的整个过程和结果。为了保证测量的准确性，采用同样是高导热材料并具有公认导热系数的紫铜和黄铜薄片对测试方法进行了考核验证，证明了高导热碳化硅晶片的导热系数最终测试结果具有较可靠的参考价值。

做为新一代半导体材料的3C、4H和6H碳化硅，其显著特点之一是具有比银和铜更高的热导率。热导率是评价这些高导热碳化硅晶圆的重要技术指标，而准确测试碳化硅晶圆热导率则需要对测试方法进行合理的选择。本文将针对高导热碳化硅晶圆，介绍目前常用的几种热导率测试方法，并做出分析，对热导率测试方法的选择给出参考意见。

针对目前国内外热界面材料热性能多种测试和可靠性考核方法并存的现状，本文对市场上国外厂家的热界面材料产品的种类和型号进行了统计，并对热界面材料热性能的主要测试方法和可靠性试验方法进行了汇总，展现了国外厂商针对热界面材料如何选择相应的测试方法，以期对今后热界面材料导热性能测试评价技术的研究提供参考和借鉴。本文重点选取了美国莱尔德公司的热界面材料进行统计和分析。