高温热变形维卡特仪

[size=14px][color=#cc0000]　　摘要：本文介绍了合肥等离子体所研发的微波等离子高温热处理装置，并针对热处理装置中真空压力精确控制这一关键技术，介绍了上海依阳公司为解决这一关键技术所采用的真空压力下游控制模式及其装置，介绍了引入真空压力控制装置后微波等离子高温热处理过程中的真空压力控制实测结果，实现了等离子体热处理工艺参数的稳定控制，验证了替代进口真空控制装置的有效性。[/color][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][color=#cc0000][b]1. 问题的提出[/b][/color][size=14px]　　各种纤维材料做为纤维复合材料的增强体在军用与民用工业领域中发挥着巨大作用，例如碳纤维、陶瓷纤维和玻璃纤维等，而高温热处理是提高这些纤维材料性能的有效手段，通过高温可去除杂质原子，提高主要元素含量，可以得到性能更加优良的纤维材料，因此纤维材料高温热处理的关键是方法与设备。[/size][size=14px]　　低温等离子体技术做为一种高温热处理的新型工艺方法，气体在加热或强电磁场作用下电离产生的等离子体可在室温条件下快速达到2000℃以上的高温条件。目前已有研究人员利用高温热等离子体、直流电弧等离子体、射频等离子体等技术对纤维材料进行高温热处理。低温等离子体具有工作气压宽，电子温度高，纯净无污染等优势，且在利用微波等离子体对纤维材料进行高温处理时，可利用某些纤维材料对电磁波吸收以及辐射作用，通过产生的微波等离子体、电磁波以及等离子体产生的光能等多种加热方式，将大量能量作用于纤维材料上，实现快速且有效的高温热处理。同时，通过调节反应条件，可将多种反应处理一次性完成，大大降低生产成本。[/size][size=14px]　　中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所对微波等离子体高温热处理工艺进行了大量研究，并取得了突破性进展，在对纤维材料的高温热处理过程中，热处理温度可以在十几秒的时间内从室温快速升高到2000℃以上，研究成果申报了国家发明专利CN110062516A“一种微波等离子体高温热处理丝状材料的装置”，整个热处理装置的原理如图1-1所示。[/size][align=center][size=14px][img=,690,416]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202228157595_5464_3384_3.png!w690x416.jpg[/img][/size][/align][align=center][size=14px][color=#cc0000]图1-1 微波等离子体高温热处理丝状材料的装置原理图[/color][/size][/align][size=14px]　　等离子体所研制的这套热处理装置，可通过调节微波功率、真空压力等参数来灵活调节温度区间，可在低气压的情况下获得较高温度，但同时也要求这些参数具有灵活的可调节性和控制稳定性，如为了实现达到设定温度以及温度的稳定性，就需要对热处理装置中的真空压力进行精确控制，这是实现等离子工艺平稳运行的关键技术之一。[/size][size=14px]　　为了解决这一关键技术，上海依阳实业有限公司采用新开发的下游真空压力控制装置，为合肥等离子体所的高温热处理装置较好的解决了这一技术难题。[/size][size=14px][b][color=#cc0000]2. 真空压力下游控制模式[/color][/b][/size][size=14px]　　针对合肥等离子体所的高温热处理装置，真空腔体内的真空压力采用了下游控制模式，此控制模式的结构如图2-1所示。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,690,334]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202229013851_5860_3384_3.png!w690x334.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图2-1 下游控制模式示意图[/color][/align][size=14px]　　具体到图1-1所示的微波等离子体高温热处理丝状材料的装置，采用了频率为2.45GHz的微波源，包括微波源系统和上、下转换波导，上转换波导连接真空泵，下转换波导连接微波源系统和样品腔，上、下转换波导间设有同轴双层等离子体反应腔管，双层等离子体反应腔管包括有同轴设置的外层铜管和内层石英玻璃管，内层石英玻璃管内为等离子体放电腔，外层铜管与内层石英玻璃管之间为冷却腔，外层铜管的两端设有分别设有冷媒进口和出口以形成循环冷却。真空泵、样品腔分别与等离子体放电腔连通，样品腔设有进气管，工作气体及待处理丝状材料由样品腔进气管进入等离子体放电腔。微波源系统采用磁控管微波源，磁控管微波源包括有微波电源、磁控管、三销钉及短路活塞，微波由微波电源发出经磁控管产生，磁控管与下转换波导之间设置有矩形波导，矩形波导安装有三销钉，下转换波导另一端连接有短路活塞，通过调节三销钉和短路活塞，得到匹配状态和传输良好的微波。[/size][size=14px]　　丝状材料由样品腔进入内层石英层玻璃管，从两端固定拉直，安装完毕后真空泵抽真空并由进气管向等离子体放电腔通入工作气体。微波源系统产生的微波能量经三销钉和短路活塞调节，通过下转换波导由TE10模转为TEM模传输进入等离子体放电腔，在放电腔管内表面形成表面波，激发工作气体产生高密度微波等离子体作用于待处理丝状材料，同时等离子体发出的光以及部分泄露的微波也被待处理丝状材料吸收，实现多种手段同时加热。双层等离子体反应腔管外围环绕设有磁场组件，外加磁场可调节微波在等离子体中的传播模式，同时可以使得丝状材料更好的重结晶，提高处理后的丝状材料质量。[/size][size=14px]　　装置可以通过调节微波功率、工作气压调节温度，变化范围为1000℃至5000℃间，同时得到不同长度的微波等离子体。为了进行工作气压的调节，在真空泵和上转换波导的真空管路之间增加一个数字调节阀。当设定一定的进气速率后，调节阀用来控制装置的出气速率由此来控制工作腔室内的真空度，采用薄膜电容真空计来高精度测量绝对真空度，而调节阀的开度则采用24位高精度控制器进行PID控制。[/size][size=14px][b][color=#cc0000]3. 下游控制模式的特点[/color][/b][/size][size=14px]　　如图2-1所示，下游控制模式是一种控制真空系统内部真空压力的方法，其中抽气速度是可变的，通常由真空泵和腔室之间的控制阀实现。[/size][size=14px]　　下游控制模式是维持真空系统下游的压力，增加抽速以增加真空度，减少流量以减少真空度，因此，这称为直接作用，这种控制器配置通常称为标准真空压力调节器。[/size][size=14px]　　在真空压力下游模式控制期间，控制阀将以特定的速率限制真空泵抽出气体，同时还与控制器通信。如果从控制器接收到不正确的输出电压（意味着压力不正确），控制阀将调整抽气流量。压力过高，控制阀会增大开度来增加抽速，压力过低，控制阀会减小开度来降低抽速。[/size][size=14px]　　下游模式具有以下特点：[/size][size=14px]　　（1）下游模式作为目前最常用的控制模式，通常在各种条件下都能很好地工作；[/size][size=14px]　　（2）但在下游模式控制过程中，其有效性有时可能会受到“外部”因素的挑战，如入口气体流速的突然变化、等离子体事件的开启或关闭使得温度突变而带来内部真空压力的突变。此外，某些流量和压力的组合会迫使控制阀在等于或超过其预期控制范围的极限的位置上运行。在这种情况下，精确或可重复的压力控制都是不可行的。或者，压力控制可能是可行的，但不是以快速有效的方式，结果造成产品的产量和良率受到影响。[/size][size=14px]　　（3）在下游模式中，会在更换气体或等待腔室内气体沉降时引起延迟。[/size][size=14px][b][color=#cc0000]4. 下游控制用真空压力控制装置及其控制效果[/color][/b][/size][size=14px]　　下游控制模式用的真空压力控制装置包括数字式控制阀和24位高精度控制器。[/size][size=14px][color=#cc0000]4.1. 数字式控制阀[/color][/size][size=14px]　　数字式控制阀为上海依阳公司生产的LCV-DS-M8型数字式调节阀，如图4-1所示，其技术指标如下：[/size][size=14px]　　（1）公称通径：快卸：DN10-DN50、活套：DN10-DN200、螺纹：DN10-DN100。[/size][size=14px]　　（2）适用范围（Pa）：快卸法兰（KF）2×10[sup]?5[/sup]~1.3×10[sup]?-6[/sup]/活套法兰6×10[sup]?5[/sup]~1.3×10[sup]?-6[/sup]。[/size][size=14px]　　（3）动作范围：0～90°；动作时间：小于7秒。[/size][size=14px]　　（4）阀门漏率（Pa.L/S）：≤1.3×10[sup]?-6[/sup]。[/size][size=14px]　　（5）适用温度：2℃~90℃。[/size][size=14px]　　（6）阀体材质：不锈钢304或316L。[/size][size=14px]　　（7）密封件材质：增强聚四氟乙烯。[/size][size=14px]　　（8）控制信号：DC 0~10V或4~20mA。[/size][size=14px]　　（9）电源供电：DC 9~24V。[/size][size=14px]　　（10）阀体可拆卸清洗。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,315,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202231249739_6263_3384_3.png!w315x400.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图4-1 依阳LCV-DS-M8数字式调节阀[/color][/align][size=14px][color=#cc0000]4.2. 真空压力控制器[/color][/size][size=14px]　　真空压力控制器为上海依阳公司生产的EYOUNG2021-VCC型真空压力控制器，如图4-2所示，其技术指标如下：[/size][size=14px]　　（1）控制周期：50ms/100ms。[/size][size=14px]　　（2）测量精度：0.1%FS（采用24位AD）。[/size][size=14px]　　（3）采样速率：20Hz/10Hz。[/size][size=14px]　　（4）控制输出：直流0~10V、4-20mA和固态继电器。[/size][size=14px]　　（5）控制程序：支持9条控制程序，每条程序可设定24段程序曲线。[/size][size=14px]　　（6）PID参数：20组分组PID和分组PID限幅，PID自整定。[/size][size=14px]　　（7）标准MODBUS RTU 通讯协议。两线制RS485。[/size][size=14px]　　（8）设备供电： 86~260VAC（47~63HZ）/DC24V。[/size][align=center][size=14px][img=,500,500]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202232157970_4559_3384_3.jpg!w500x500.jpg[/img][/size][/align][align=center][size=14px][color=#cc0000]图4-2 依阳24位真空压力控制器[/color][/size][/align][size=14px][b][color=#cc0000]5. 控制效果[/color][/b][/size][size=14px]　　安装了真空压力控制装置后的微波等离子体高温热处理系统如图5-1所示。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,395]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202232573625_5179_3384_3.png!w690x395.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图5-1 微波等离子体高温热处理系统[/color][/align][size=14px]　　在热处理过程中，先开启真空泵和控制阀对样品腔抽真空，并通惰性气体对样品腔进行清洗，然后按照设定流量充入相应的工作气体，并对样品腔内的真空压力进行恒定控制。真空压力恒定后开启等离子源对样品进行热处理，温度控制在2000℃以上，在整个过程中样品腔内的真空压力始终控制在设定值上。整个过程中的真空压力变化如图5-2所示。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,419]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202234216839_5929_3384_3.png!w690x419.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图5-2 微波等离子体高温热处理过程中的真空压力变化曲线[/color][/align][size=14px]　　为了更好的观察热处理过程中真空压力的变化情况，将图5-2中的温度突变处放大显示，如图5-3所示。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,427]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202234347767_4036_3384_3.png!w690x427.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图5-3 微波等离子体高温热处理过程中温度突变时的真空压力变化[/color][/align][size=14px]　　从图5-3所示结果可以看出，在300Torr真空压力恒定控制过程中，真空压力的波动非常小，约为0.5%，由此可见调节阀和控制器工作的准确性。[/size][size=14px]　　另外，在激发等离子体后样品表面温度在几秒钟内快速上升到2000℃以上，温度快速上升使得腔体内的气体也随之产生快速膨胀而带来内部气压的升高，但控制器反应极快，并控制调节阀的开度快速增大，这反而造成控制越有超调，使得腔体内的气压反而略有下降，但在十几秒种的时间内很快又恒定在了300Torr。由此可见，这种下游控制模式可以很好的响应外部因素突变造成的真空压力变化情况。[/size][size=14px]　　上述控制曲线的纵坐标为真空计输出的与真空度对应的电压值，为了对真空度变化有更直观的了解，按照真空计规定的转换公式，将上述纵坐标的电压值换算为真空度值（如Torr），纵坐标换算后的真空压力变化曲线如图54所示，图中还示出了真空计电压信号与气压的转换公式。[/size][size=14px]　　同样，将图5-4纵坐标放大，如图5-5所示，可以直观的观察到温度突变时的真空压力变化情况。从图5-4中的转换公式可以看出，由于存在指数关系，纵坐标转换后的真空压力波动度为6.7%左右。如果采用线性化的薄膜电容式真空计，即真空计的真空压力测量值与电压信号输出值为线性关系，这种现象将不再存在。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,690,423]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202236297989_3820_3384_3.png!w690x423.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图5-4 高温热处理过程中温度突变时的真空压力变化（纵坐标为Torr）[/color][/align][align=center][size=14px][img=,690,421]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202236397212_4575_3384_3.png!w690x421.jpg[/img][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图5-5 高温热处理过程中温度突变时的真空压力变化（纵坐标为Torr）[/color][/align][size=14px][b][color=#cc0000]6. 总结[/color][/b][/size][size=14px]　　综上所述，采用了完全国产化的数字式调节阀和高精度控制器，完美验证了真空压力下游控制方式的可靠性和准确性，同时还充分保证了微波等离子体热处理过程中的温度调节、温度稳定性和均温区长度等工艺参数，为微波等离子体热处理工艺的推广应用提供了技术保障。另外，这也是替代真空控制系统进口产品的一次成功尝试。[/size][size=14px]　　[/size][size=14px][/size][align=center]=======================================================================[/align][size=14px][/size][size=14px][/size]

[color=#ff0000]摘要：文本针对高温下存在热化学反应的烧蚀防热材料，提出一种新型测试方法——恒定加热速率法，以期准确测试烧蚀防热材料的高温热物理性能，由此得到烧蚀防热材料在热化学反应过程中的热导率、热扩散率和比热容随温度的变化曲线。[/color][align=center][img=烧蚀防热材料导热系数测试,600,390]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/07/202207011700416434_107_3384_3.png!w690x449.jpg[/img][/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]烧蚀防热材料的高温热物理性能是高温下的传热管理和热化学烧蚀建模的必要参数，但因为烧蚀材料具有特殊性：它们具有相当低的热导率，加热过程中会产生气体，热性能非单调变化，甚至材料的热性能还取决于加热速率。这种特殊性造成目前的各种稳态法和瞬态法都不适合烧蚀防热材料的热物理性能测试，主要是因为在测试之前的温度稳定期间就已经发生了热化学反应。因此，烧蚀防热材料的高温热物理性能测试一直是个技术难题，需要开发一种新型测试方法，对整个使用温度范围内含有热化学反应过程的烧蚀防热材料热物理性能进行准确测量，甚至测试出不同加热速率下烧蚀防热材料的热物理性能。文本将针对高温下存在热化学反应的烧蚀防热材料，提出一种新型测试方法——恒定加热速率法，以期测试烧蚀防热材料的高温热物理性能，由此得到热化学反应过程中的热导率、热扩散率和比热容随温度的变化曲线。[size=18px][color=#ff0000]二、测试方法[/color][/size]测试方法基于热物理性能测试中一般都需要测量热流和温度的基本理念，由此建立了如图1所示的传热学第二类正规热工工况测试模型，即对被测样品表面进行恒定速率加热，样品表面温度呈线性变化，样品背面为绝热条件。[align=center][img=烧蚀防热材料导热系数测试,350,369]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/07/202207011702158319_7823_3384_3.png!w625x659.jpg[/img][/align][align=center]图1 恒定加热速率法测量原理[/align]在图1所示的测试模型中，假设其中的热传递为一维热流，根据傅里叶传热定律，样品厚度方向上的传热方程为：[align=center][img=烧蚀防热材料导热系数测试,500,140]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/07/202207011702541092_2146_3384_3.png!w690x194.jpg[/img][/align]式中： ρ为样品密度， C为样品比热容， λ为样品热导率，T为温度，t 为时间 ，T0 是 t=0 时的样品初始温度， b是加热速率。当加热速率b为一常数时，通过测试样品前后两个表面温度，并求解上述传热方程，可得到被测样品的等效热扩散率随平均温度的变化曲线。在这种恒定加热速率测试方法中，金属板起到热流传感器的作用，即在线性升温过程中测量金属板前后两表面的温度，并结合金属板的已知热物理性能参数，可计算得到流经金属板的热流密度，由此间接测量得到流经被测样品的热流密度。通过测量得到的热流密度，结合测量得到的被测样品两个表面温度，求解上述传热方程，可得到被测样品的等效热导率随平均温度的变化曲线。根据上述测量获得热扩散率和热导率，并依据比热容、密度、热扩散率和热导率之间的关系式λ=ρ×C×α，可计算得到被测样品的质量热容随温度的变化曲线。如果采用热膨胀仪和热重分析仪精确测量被测材料在不同温度下的密度变化，通过关系式就可获得被测样品的比热容随温度变化曲线。对于上述恒定加热速率法测试模型，我们采用有限元进行了热仿真模拟和计算，证明了此方法对于低导热隔热材料热物性测试的有效性。[size=18px][color=#ff0000]三、今后的工作[/color][/size]尽管进行了详细的测试公式推导和有限元仿真计算，但对于这种新型的恒定加热速率热物性测试方法，还需进一步开展以下研究工作：（1）采用无热化学反应的高温隔热材料进行测试，以考核测试方法的重复性和进行测量不确定度评估。（2）采用无热化学反应的高温隔热材料与其他高温热物性测试方法进行对比，如稳态热流计法、热线法和闪光法等。（3）采用烧蚀防热材料进行高温测试，以考核测试方法的重复性，并结合其他热分析方法、热模拟考核试验（石英灯、氧乙炔、小发动机火焰和风洞）和建模分析，验证新型测试方法的有效性。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

高温热胁对Achnanthes sp.光合影响再探 在11月的原创中，我已经对Achnanthes sp.的高温热胁的响应进行了初步分析，感谢各位专家对本人作品的肯定。本文为此作品的续作，仍以春秋季常见的水华种Achnanthes sp.为受试生物，深入研究高温热胁对藻类光系统影响的作用机制（之前没人说是这个影响主要是作用于哪个亚显微结构的）1.实验材料和仪器http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/12/201212311715_417720_1653274_3.jpg Achnanthes sp.（2012.5.4采自宁波某水库），这个是实验用的藻种，纯度在99%以上吧。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/12/201212311715_417721_1653274_3.jpg PHYYTO-PAM调制叶绿素荧光仪（德国WALZ公司）， 光照培养箱（宁波江南仪器厂），用于藻类的扩培和温度光照条件控制。PS：藻液培养条件20℃，2000LX光照强度，光暗比16:8。 ☆还是这台仪器，还是这个藻。培养条件也一致。这样有可比性。2.实验方法： 实验主要以有效光量子产量Fv/Fm’与最大光量子产量Fv/Fm为分析指标，具体的操作步骤我在这里就不赘述了，上一个原创中有图文介绍 废话不说，直接看实验结果吧。3.实验结果与讨论http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/12/201212311715_417723_1653274_3.jpg 如图所示，当温度高于35℃时，实际光量子产量Fv/Fm’与有效光量子产量Fv/Fm存在较大差异，测量Fv/Fm得出的T50要高于Fv/Fm’。 暗适应样品光系统II不受参与Calvin循环的酶被热破坏的影响，因此Fv/Fm反映的是光系统II的状态，而不受整个光合作用影响。测量Fv/Fm得出的T50要高于Fv/Fm’，因为热胁对光合作用的破坏首先发生在暗反应所需的酶，而开始光系统II不受影响。 Ps:T50是实际光量子产量Fv/Fm’[

高温热胁对Achnanthes sp.光系统的影响 在10月的原创中，我已经对光合活性分析仪在环境监测中的应用作了初步分析，感谢各位专家对本人作品的肯定。本文为此作品的续作，将以春秋季常见的水华种Achnanthes sp.为切入点，谈论高温对Achnanthes sp.光系统的影响，从而从科学角度阐释Achnanthes sp.水华消亡的主要环境动力学原因。 PS：在做本实验之前，本人和业内的很多前辈一样，都把Achnanthes sp.水华的消亡原因归结于该藻对高温的适应性较差。（因为这种水华一般只出现于春秋季，水温大概在15~20℃这样）事实是否真如此呢，我们还是让数据来说话吧。1.实验材料和仪器http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/11/201211251706_407024_1653274_3.jpg Achnanthes sp.（2012.5.4采自宁波某水库），这个是实验用的藻种，纯度在99%以上吧。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/11/201211301553_408420_1653274_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/11/201211301554_408422_1653274_3.jpg先上2张Achnanthes sp.水华发生时的图片，水色为红褐色。浓的时候像酱油汤http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/11/201211251707_407025_1653274_3.jpg PHYYTO-PAM调制叶绿素荧光仪（德国WALZ公司）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/11/201211251707_407026_1653274_3.jpg 光合活性测试截图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/11/201211301555_408423_1653274_3.jpg百级超净台，用于接种、扩培等实验过程的无菌操作http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/11/201211251707_407027_1653274_3.jpg光照培养箱（宁波江南仪器厂），用于藻类的扩培和温度光照条件控制。PS：藻液培养条件20℃，2000LX光照强度，光暗比16:8。 这里说下为什么选择这个实验条件。从野外的水华发生数据看，以Achnanthes sp.为优势种的水华发生在春秋季，温度15~20℃，因为一般来说温度越高，长势越好，所以我们扩培条件选择了20℃。光照条件2000lx对于多数硅藻来说都是比较适宜的，有报道说强光对硅藻细胞有杀伤作用。至于光暗比，本来想用12:12的，奈何培养箱中还有其他实验在进行，而且通过一段时间的培养，发现16:8光暗比条件下，该硅藻也能缓慢增长。（没养过12:12的条件，不敢下定论哪个快，如果哪位有数据的麻烦分享下）2.实验方法： 实验主要以光合活性yield为分析指标，具体的操作步骤我在这里就不赘述了，上一个原创中有图文介绍 本文设计了几个小实验，对高温胁迫下Achnanthes sp.藻的光系统变化进行了初步分析，剥削了几个学生的劳力，再此对他们的劳动深表感谢。废话不说，直接看实验结果吧3.实验结果与讨论[size=

[align=left][size=16px][color=#3366ff]摘要：304不锈钢应用领域十分广泛，准确了解其各种热物理性能参数十分重要，这些参数数据是进行高温设计和热仿真时的重要输入参数。本文汇总了目前国际上304不锈钢的高温热物理性能（热导率、比热容、热扩散率、密度、总半球发射率和总法向发射率）随温度变化的文献报道数据，由此便于使用这些数据进行热物性测试仪器的比对试验和考核，有利于提高高温设计和热仿真中参数输入的准确性。[/color][/size][/align][align=left][size=16px][color=#3366ff][/color][/size][/align][hr/][align=left][size=16px][color=#3366ff][/color][/size][/align][align=left][size=24px][color=#3366ff]1. 简介[/color][/size][/align][size=16px][color=#000000] 不锈钢[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求综合性能良好[/color][color=#000000]（[/color][color=#000000]耐腐蚀和成型性[/color][color=#000000]）[/color][color=#000000]的设备和[/color][color=#000000]部件[/color][color=#000000]。[/color][color=#000000]典型[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢[/color][color=#000000]的材料组分如[/color][color=#000000]表[/color][color=#000000] [/color][color=#000000]1-[/color][color=#000000]1[/color][color=#000000]所示[/color][color=#000000]。[/color][/size][align=center][size=16px][color=#0033cc]表[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]1-[/color][color=#0033cc]1[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]3[/color][color=#0033cc]04[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]组分[/color][/size][/align][size=16px][/size][align=center][size=16px][img=,690,92]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109251717569757_300_3384_3.png!w690x92.jpg[/img][/size][/align][size=16px][color=#000000] 由于[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢[/color][color=#000000]应用领域十分广泛，准确了解其各种热物理性能参数十分重要，这些参数数据是进行高温设计和热仿真时的重要输入参数。本文将汇总目前国际上[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢[/color][color=#000000]的高温热物理性能（热导率、比热容、热扩散率、密度[/color][color=#000000]总半球发射率[/color][color=#000000]和[/color][color=#000000]法向[/color][color=#000000]半球发射率）随温度变化的文献报道数据，由此便于使用这些数据进行热物性测试仪器的比对试验和考核，[/color][color=#000000]有利于[/color][color=#000000]提高高温设计和热仿真中参数输入的准确性。[/color][color=#000000] 需要说明的是，这里所汇编的[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢高温热物理性能数据都是小于熔点温度以下的数据，即[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢在室温[/color][color=#000000]~[/color][color=#000000]1200[/color][color=#000000]℃范围内的热物理性能数据。[/color][/size][align=left][size=24px][color=#3366ff]2. 热导率、比热容、热扩散率和密度数据[/color][/size][/align][size=16px][color=#000000] 热导率、比热容、热扩散率和密度数据来自[/color][color=#000000]英国国家物理量实验室（[/color][color=#000000]N[/color][color=#000000]PL[/color][color=#000000]）[/color][color=#000000]出版的图书[/color][color=#000000][1][/color][color=#000000]，[/color][color=#000000]其中热导率是比热容、热扩散率和[/color][color=#000000]密度[/color][color=#000000]三个独立测试结果的乘积得到[/color][color=#000000]。[/color][color=#000000]比热容采用[/color][color=#000000]差热扫描量热仪（[/color][color=#000000]D[/color][color=#000000]SC[/color][color=#000000]）进行测试，热扩散率采用激光闪光法测定仪进行测试，[/color][color=#000000]密度[/color][color=#000000]采用顶杆法热膨胀仪测试[/color][color=#000000]线膨胀率后换算为体膨胀率后得到[/color][color=#000000]。[/color][color=#000000]热导率、比热容、热扩散率和密度随温度的变化规律分别如[/color][color=#000000]图[/color][color=#000000]2-[/color][color=#000000]1[/color][color=#000000]~[/color][color=#000000]图[/color][color=#000000]2-[/color][color=#000000]4[/color][color=#000000]所示。[/color][/size][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824489537_964_3384_3.png[/img][/size][/align][align=center][size=16px][color=#0033cc]图[/color][color=#0033cc]2-[/color][color=#0033cc]1[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]304[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]热导率与温度的关系[/color][/size][/align][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824493209_1890_3384_3.png[/img][/size][/align][align=center][size=16px][color=#0033cc]图[/color][color=#0033cc]2-[/color][color=#0033cc]2[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]304[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]热扩散[/color][color=#0033cc]率[/color][color=#0033cc]与温度的关系[/color][/size][/align][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824494351_7987_3384_3.png[/img][/size][/align][align=center][size=16px][color=#0033cc]图[/color][color=#0033cc]2-[/color][color=#0033cc]3[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]304[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]比热容与温度的关系[/color][/size][/align][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824495387_314_3384_3.png[/img][/size][/align][align=center][size=16px][color=#0033cc]图[/color][color=#0033cc]2-[/color][color=#0033cc]4[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]304[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]密度与温度的关系[/color][/size][/align][size=16px][color=#000000] 在这里需要说明的是密度随温度的变化结果，是由热膨胀系数测试获得，其中认为[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢[/color][color=#000000]是各项同性且温度变化过程中质量不发生变化。由此通过测试[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢[/color][color=#000000]的线膨胀率来得到体膨张率和样品的体积变化，最终用恒定质量除以不同温度下的体积得到密度随温度的变化结果。[/color][color=#000000] 汇总热导率、比热容、热扩散率和密度数据，如[/color][color=#000000]表[/color][color=#000000] [/color][color=#000000]2-[/color][color=#000000]1[/color][color=#000000]所示。[/color][/size][align=center][size=16px][color=#0033cc]表[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]2-[/color][color=#0033cc]1[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]304[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]热导率、比热容、热扩散率和密度数据汇总表[/color][/size][/align][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824494583_14_3384_3.png[/img][/size][/align][align=left][size=24px][color=#3366ff]3. 总法向发射率和总半球发射率数据[/color][/size][/align][size=16px][color=#000000] 发射率也是材料的重要热物理性能参数之一，代表着材料表面的热辐射能力，是研究热辐射测量、辐射传热以及热效率分析的最重要基础物理性能数据。[/color][color=#000000] 对于[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢很少有文献报道总半球向发射率数据，大多为法向光谱发射率和某一波长范围内的法向发射率，这些数据在热仿真和传热计算中并不十分好用。本文[/color][color=#000000]首先[/color][color=#000000]选择了[/color][color=#000000]英国国家物理量实验室（[/color][color=#000000]N[/color][color=#000000]PL[/color][color=#000000]）[/color][color=#000000]出版的图书[/color][color=#000000][1][/color][color=#000000]中报道的总法向发射率[/color][color=#000000]，其三种表面状态下总半球发射率随温度变化[/color][color=#000000]数据如[/color][color=#000000]表[/color][color=#000000] [/color][color=#000000]3-[/color][color=#000000]1[/color][color=#000000]所示[/color][color=#000000]，[/color][color=#000000]测试结果如[/color][color=#000000]图[/color][color=#000000]3-[/color][color=#000000]1[/color][color=#000000]所示。[/color][/size][align=center][size=16px][color=#0033cc]表[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]3-[/color][color=#0033cc]1[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]作为不同温度和表面处理状态下的[/color][color=#0033cc]304[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]总[/color][color=#0033cc]法向[/color][color=#0033cc]发射率测试数据[/color][/size][/align][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824497476_3778_3384_3.png[/img][/size][/align][size=16px][/size][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824496712_2449_3384_3.png[/img][/size][/align][align=center][size=16px][color=#0033cc]图[/color][color=#0033cc]3-[/color][color=#0033cc]1[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]不同热处理后[/color][color=#0033cc]304[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]不同温度下的总[/color][color=#0033cc]法向[/color][color=#0033cc]发射率[/color][/size][/align][size=16px][color=#000000] 由[/color][color=#000000]表[/color][color=#000000] [/color][color=#000000]3-[/color][color=#000000]1[/color][color=#000000]所示[/color][color=#000000]数据可以看出，[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢的发射率整体偏小，即使在高温氧化热处理后其高温发射率也没有超过[/color][color=#000000]0[/color][color=#000000].8[/color][color=#000000]。[/color][color=#000000] 另外，本文还收录了采用瞬态量热法对抛光处理后的[/color][color=#000000]304[/color][color=#000000]不锈钢进行的总半球发射率的测试数据[/color][color=#000000][2][/color][color=#000000]，并将此总半球向发射率与总法向发射率进行比较，比较数据如[/color][color=#000000]表[/color][color=#000000] [/color][color=#000000]3-[/color][color=#000000]2[/color][color=#000000]所示，比较曲线如[/color][color=#000000]图[/color][color=#000000]3-[/color][color=#000000]2[/color][color=#000000]所示。[/color][/size][align=center][size=16px][color=#0033cc]表[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]3-[/color][color=#0033cc]2[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]抛光处理后的[/color][color=#0033cc]304[/color][color=#0033cc]不锈钢[/color][color=#0033cc]总[/color][color=#0033cc]半球[/color][color=#0033cc]发射率[/color][color=#0033cc]与总法向发射率[/color][color=#0033cc]测试数据[/color][/size][/align][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824497659_9816_3384_3.png[/img][/size][/align][align=center][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250824500269_2586_3384_3.png[/img][/size][/align][align=center][size=16px][color=#0033cc]图[/color][color=#0033cc]3-[/color][color=#0033cc]2[/color][color=#0033cc] [/color][color=#0033cc]总半球发射率与[/color][color=#0033cc]总[/color][color=#0033cc]法向[/color][color=#0033cc]发射率[/color][color=#0033cc]比较[/color][/size][/align][size=16px][color=#000000] 从上述两种测试方法获得的结果可以看出，感应加热方式测试得到总半球发射率要总法向发射率高出[/color][color=#000000]1[/color][color=#000000]5[/color][color=#000000]%~[/color][color=#000000]20[/color][color=#000000]%[/color][color=#000000]左右，而电子枪单面加热方式得到的总半球发射率在[/color][color=#000000]5[/color][color=#000000]00[/color][color=#000000]℃后开始变大。总之，通过光谱测量方式得到的[/color][color=#000000]总法向发射率一般会比总半球发射率偏小，[/color][color=#000000]3[/color][color=#000000]04[/color][color=#000000]不锈钢在不同表面状态和更高温度下的总半球发射率还需采用专门的测试设备进行测试。[/color][/size][align=left][size=24px][color=#3366ff]4. 参考文献[/color][/size][/align][size=16px][color=#000000][1] [/color][color=#000000]Mills K C. Recommended values of thermophysical properties for selected commercial alloys[M]. Woodhead Publishing, 2002.[/color][color=#000000][2] [/color][color=#000000]Roger C R, Yen S H, Ramanathan K G. Temperature variation of total hemispherical emissivity of stainless steel AISI 304[J]. JOSA, 1979, 69(10): 1384-1390.[/color][color=#000000][/color][color=#000000][/color][/size][align=center][size=16px]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/size][/align][size=16px] [/size][align=center][size=16px][img=304不锈钢热物理性能,690,371]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109250830562905_3717_3384_3.png!w690x371.jpg[/img][/size][/align]

微波消解罐变形，还好人员及时发现，没有爆罐，在高温160度时，有将整个罐子取出检查，没有变形，再 重新放消解罐，重新运行升温程序时，出现变形，如下图：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/01/201601151129_581939_1827064_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/01/201601151129_581940_1827064_3.jpg

注射成形（Injection Molding）是将微细粉末与有机粘结剂均匀混合为具有流变性的喂料，采用注射机注入模腔, 形成坯件，再脱除粘结剂和烧结，使其高度致密成为制品，整个工艺流程如图1-1所示。该工艺技术适合大批量生产小型、精密、形状复杂以及具有特殊性能要求的金属和陶瓷零部件，具有广阔的应用前景和经济价值。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611212210_01_3384_3.png 图1-1 粉末注射成型工艺流程示意图 粉末注射成型工艺中采用了大量粉末这就意味着最终成型部件内会含有细小的孔穴，图1-2所示为粉末注射成型件的典型内部结构。粉末颗粒的尺寸会明显影响部件的内部结构性能，如空隙率和晶粒尺寸大小。减小粉末颗粒尺寸可以改善烧结性能，但随之会使得比表面积增大并最终导致氧浓度趋势的增大。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611212210_02_3384_3.png 图1-2 粉末注射成型件典型微观结构图 在粉末注射成型后要进行排胶和烧结工艺处理，在这些处理工艺中散布在粉体颗粒空隙之间的胶粘剂会引起成型件外型的改变，图1-3所示为粉末注射成型件试样在排胶和烧结前后的外型变化。另外，由于致密性要求烧结要在高温下进行，烧结温度接近熔点，这时就需要考虑重力所带来的蠕变，越是大尺寸的成型部件越是会产生较大的变形，结果就是最终部件所需的尺寸精度就很难保证。在实际生产中，这种高温下蠕变变形所带来的结果就是粉末注射成型工艺仅能用于重量100g以内轻质小尺寸部件的生产。因此，对于较重的大尺寸部件生产中采用粉末注射成型工艺就需要设法抑制这种变形，这是目前粉末注射成型工艺所面临的巨大挑战。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611212211_01_3384_3.png 图1-3 排胶和烧结前后的形变 对于轻质小尺寸部件的生产，为得到高精度和高质量的产品，也需要精确掌握这种变形行为的规律，并根据产品最终的特性，来确定烧结工艺参数以及烧结前坯件的几何尺寸。排胶和烧结过程中产品部件收缩规律的获得主要涉及以下两方面内容： （1）烧结过程中产品部件的收缩并不能仅仅靠取样形式测试的热膨胀系数来准确获得，这主要是由于取样测试热膨胀过程中样品内部传热与产品部件完全不同，通过测试得到的热膨胀系数要预计部件变形量会存在较大误差。最好的方式是在模拟烧结工艺过程中实时测试产品部件的整体变形量，采用准确、可靠、高效的测试以及数值模拟方法，来代替目前热膨胀系数变形计算和基于经验的反复试验法，从而缩短产品的开发周期和费用。 （2）烧结过程中一些产品部件的无支撑部位到一定温度后会由于材料软化受到重力影响而发生下弯变形，如图1-4所示。针对框状类的产品部件，在烧结后往往会出现部件的侧边会有一定程度内凹或外凸。由此可见重力的影响会使产品部件的收缩产生各向异性并影响到产品部件的最终形状，文献1-10对各种烧结中的重力影响进行了详细描述。总之，所有这些变形是在烧结升温过程中发生的还是在冷却过程中发生，以及发生变形的具体温度和变形量大小是烧结工艺需要了解的重要参数，但这些变形参数则是通过热膨胀系数测试无法获得，只有通过部件的整体测量才能准确了解。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611212211_02_3384_3.png 图1-4 烧结过程中重力效应带来的变形 综上所述，针对注射成型烧结过程中产品部件的收缩变形，需要解决以下问题： （1）直接观测产品部件在烧结过程中的整体尺寸变化规律以及重力影响部件局部下弯变形规律； （2）采用非接触测量方式，避免接触式测量顶杆加载力对排胶和烧结变形的影响； （3）采用大面积测量方式，直接测试成型件变形，避免制样的代表性不足； （4）实现成型件或试样的二维变形同时测量，并具有多点位置变化同时测量功能； （5）在不同升温制度（如不同升降温速度和不同恒定温度）下观测部件尺寸变化规律； （6）观测不同气氛（真空、氩气、氮气、氢气等）和不同气压条件对部件尺寸变化规律的影响，以及不同温度区间切换气氛条件和气压恒定对部件尺寸变化规律的影响。 （7）同时具备高精度高温热膨胀系数测试功能。参考文献1 Olevsky, E.A. and R.M. German, Effect of gravity on dimensional change during sintering--I. Shrinkage anisotropy. Acta Materialia, 2000. 48(5): p. 1153-1166.2 Olevsky, E.A., R.M. German, and A. Upadhyaya, Effect of gravity on dimensional change during sintering--II. Shape distortion. Acta Materialia, 2000. 48(5): p.1167-1180.3 SONG Jiupeng, BARRIERE Thierry, LIU Baosheng and GELIN Jean-Claude, Experiments and Numerical Simulations on Sintering Process of Metal Injection Molded Components. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2008, 44(8).4 赵小娟, 党新安. 金属粉末注射成形技术及模具的研究现状. 模具技术, 2008(5):11-14.5 LIUXiang-quan, LIYi-min, YUEJian-ling, LUO Feng-hua, Deformation behavior and strength evolution of MIM compacts during thermal debinding. 中国有色金属学报(英文版), 2008, 18(2):278-284.6 Luo T G, Qu X H, Qin M L, et al. Dimension precision of metal injection molded pure tungsten. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2009, 27(27):615-620.7 Song J, Barriere T, Liu B, et al. Experimental and numerical analysis on sintering behaviours of injection moulded components in 316L stainless steel powder. Powder Metallurgy, 2010, 53(4):295-304.8 Martens T. Micro feature enhanced sinter bonding of metal injection molded (MIM) parts to a solid substrate. Dissertations & Theses - Gradworks, 2011.9 Frandsen H L, Olevsky E, Molla T T, et al. Modeling sintering of multilayers under influence of gravity. Journal of the American Ceramic Society, 2013, 96(1): 80-89.10 HASHIKAWA R, OSADA T, TSUMORI F, et al. Control the Distortion of the Large and Complex Shaped Parts by the Metal Injection Molding Proce

[color=#990000]摘要：本文将针对超高温3000℃热物性测试中红外测温仪的在线校准，提出了采用高温固定点的在线校准方法，介绍了用于超高温条件下的几种固定点，并针对典型超高温测试设备描述了具体固定点单元形式和校准实施方法。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]一、在线校准的必要性[/color][/size] 在超高温1500~3000℃范围内的材料热物理性能测试中，普遍使用非接触式红外测温仪进行样品温度测量。温度测量精度决定了热物性参数的测量准确性，所以红外测温仪要定期进行校准。但在实际使用中，校准过的红外测温仪还存在以下几方面因素对温度测量精度带来影响： （1）如在激光闪光法热扩散系数和热膨胀系数等测试设备中，测温仪一般直接测量样品表面温度，但往往测温仪的焦点位置并未与样品测温面重合，或测温仪的对准没有完全集中在样品上，而是部分聚焦在靠近样品周围的部分样品支架上，这些测温仪的轻微错位都会导致温度测量出现重大误差。 （2）如在超高温下落式量热计比热容测试设备中，很多时候测温仪是对装有被测物的样品盒表面温度进行测量，样品盒的表面温度与内部被测样品的实际温度还有一定差别，测温仪获得的并不是样品的真实温度。 （3）红外测温仪普遍对被测物表面的发射率比较敏感，如果没有进行特殊的黑体空腔处理，对于未知发射率表面的温度测量则很难测准。 （4）超高温下的温度测量，红外测温仪一般需要透过加热炉光学观察窗和内部保护气体监测温度，光学窗口和气体的透射率通常是未知的，并且可能会随着加热炉使用过程中蒸发材料的沉积而演变。 由此可见，在实际应用中，为了保证温度测量的准确性，需要对红外测温仪进行现场校准，而不仅仅是将它们从实验装置中取出进行定期校准。 本文将针对超高温3000℃热物性测试中红外测温仪的在线校准，提出采用高温固定点的在线校准方法，还将介绍用于超高温条件下的几种固定点，并针对典型超高温测试设备说明具体固定点单元形式和校准实施方法。[size=18px][color=#990000]二、高温固定点在线校准方法[/color][/size] 高温固定点在线校准方法是一种典型的对比法，原理是基于准确已知被测样品温度来校准接触和非接触式测温仪。具体方法是按照被测样品的外形测试和外表材质制作固定点单元，然后将固定点单元作为被测样品进行升温和升降试验，通过对已知的固定点标准温度与测温仪的测量值进行对比，达到对红外测温仪进行校准的目的。 固定点是国际温标中规定的可复现的平衡温度，是纯物质的三相点、沸点和凝固点，固定点都是根据物质的相变过程实现的，所选用的固定点绝大部分都是纯物质的变相点。 ITS－90温标在－189.3442℃～961.78℃温度范围共有九个定义固定点，分别为：纯银、纯铝、纯锌、纯锡、纯铟五个固定点，水、汞、氩三个三相固定点 以及镓熔点。 高温固定点是一系列金属的碳共晶与碳包晶固定点，主要有Pd-C（1492℃）、Rh-C（1657℃）、Pt-C（1738℃）、Ru-C（1954℃）、Ir-C（2292℃）、Re-C（2474℃）、WC-C（2749℃）和HfC-C（3185℃），由此可覆盖1500℃ 至3200℃范围内的红外测温仪在线校准。[size=18px][color=#990000]三、高温固定点单元[/color][/size] 固定点单元是一种样品尺寸大小的坩埚，坩埚内通过熔融灌装或直接镶入的方法植入了固定点材料。高温固定点单元要求满足以下几方面条件： （1）耐高温，且高强度避免损坏； （2）只有纯度最高的材料金属和石墨，不能有其他杂质； （3）外形尺寸与被测样品一致，且密封严紧避免熔液泄露； （4）集成有黑体空腔，降低发射率影响； （5）整体结构设计和布局要保证温度的均匀分布。 针对超高温热物性测试中的红外测温仪在线校准，需要根据相应的样品摆放形式和尺寸采用不同结构的固定点单元，如在各种超高温3000℃热物理性能测试设备中，样品的摆放主要有立式和卧式两种结构，那么就需要采用相应不同结构的高温固定点单元。 在很多超高温3000℃激光闪光法热扩散系数和下落式量热计比热容测试设备中，样品是立式摆放形式，红外测温仪一般从下至上或从上至下对样品的底部或顶部进行测温，相应的固定点单元结构如图1所示。固定点主体和端帽为高纯石墨，图中的多个长孔内浇灌固定点材料，或直接插入固定点材料细棒，图1(a)中左侧的黑体空腔朝向红外测温仪。[align=center][img=红外测温仪在线校准,690,170]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201060915316401_7706_3384_3.jpg!w690x170.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图1 立式结构高温固定点单元：（a）主体剖面图；（b）主体顶视图；（c）端帽剖面图；（d）端帽顶视图[/color][/align][align=left][/align][align=left] 对于一些样品是卧式摆放形式的超高温3000℃热物性测试设备，如热辐射性能以及顶杆式和光学热膨胀仪，红外测温仪或高温热电偶一般在样品的水平方向上进行测温，相应的固定点单元结构如图2所示，固定点材料一般是直接熔灌入石墨坩埚内。图中的黑体孔对准红外测温仪，也可以插入被校热电偶。[/align][align=left][/align][align=center][color=#990000][img=红外测温仪在线校准,500,327]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201060916391456_3774_3384_3.jpg!w690x452.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 卧式结构高温固定点单元[/color][/align][size=18px][color=#990000]四、采用固定点在线校准过程[/color][/size] 在超高温热物性测试设备中采用固定点进行红外测温仪或热电偶在线校准的过程，首先是确定需要校准的温度测量范围，并选择不同的标准温度固定点单元尽可能的覆盖此温度范围，然后分别采用相应的固定点单元单独进行校准。 在每个固定点单元校准时，首先是用固定点单元代替被测样品，然后以低速率加热至固定点温度10℃以上并恒温，恒温一段时间后再以低速进行降温。在整个升降温过程中被校温度计连续测量温度，并将测量值随时间的变化曲线识别固定点单元的相变温度。图3示出了温度计测量纯铜固定点熔化和凝固过程的原始温度变化曲线。[align=center][color=#990000][img=红外测温仪在线校准,600,353]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201060917182923_7753_3384_3.jpg!w690x407.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 采用纯铜固定点单元在线校准升降温过程[/color][/align] 得到随时间变化的原始温度变化曲线后，对原始曲线进行一阶微分和二阶微分处理得到相应的微分曲线。根据一阶微分曲线中的极大值点可确定第一起始点和第一终止点，根据二阶微分曲线可确定第二起始点和第二终止点。基于得到的四个温度位置点，可最终确定原始温度变化曲线中在此加热速率下固定点单元熔化温度的测量值，此测量值与固定点标准值相差就是校准值。 为了减小升降温速率对校准精度的影响，可采用不同升降温速度进行更精确的校准，即采用不同的加热冷却速率进行加热冷却，得到不同速率下的校准值（测温仪误差），将此温度误差外推至加热或冷却速率为零的情况。[size=18px][color=#990000]五、总结[/color][/size] 综上所述，高温固定点技术可为各种超高温3000℃热物理性能测试设备中的温度测量提供全温区范围内的准确校准，而且高温固定点技术具有良好的重复性、再现性和长期稳定性，并可溯源到国际温标，由此彻底解决了超高温热物性测试中一直困扰着的温度测量准确性评估难题，为材料高温热物理性能准确测量提供了可靠的技术保障。[align=center]=======================================================================[/align]