薄试样高温热导率测量仪的设计

【引言】

       导热系数是材料的重要性能之一，对于某些材料（特别是热电材料）其导热系数的差异不能被忽略，而作为其性能主要参数的Seebeck系数取决于导热系数的值。基于这些事实，高温导热系数的测量需要专门的仪器才能得到准确的结果。高温热导率测量中常用的方法是基于ASTM E1225-99标准的轴向热流，但该方法不能测量在加工过程中易变薄和易碎的热电材料。因此，薄试样热导率测量装置将的设计和制造亟待解决。

【成果介绍】

       本文介绍了利用稳态传热技术设计、建造和验证具有高温测试能力的热导率装置的过程。该设计是对ASTM D5470标准的改进，该标准使用具有相等横截面积的仪表棒外推表面温度并测量样品的传热。仪器中有两个仪表棒，每个仪表棒放置三个热电偶。该设备使用功率为1000瓦的加热器，并将冷却水冷却至稳定状态。将3.4MPa的压力加载到横截面积为113.09mm² 的公尺棒上，并涂上热润滑脂，以减小界面热接触电阻。为了确定性能，验证过程通过将利用LINSEIS公司的THB 500获得的热导率进行比较。试验结果表明，不锈钢和青铜的导热系数分别为15.28Wm^-1K^-1和38.01Wm^-1K^-1，试验装置THB 500的导热系数分别为-2.55%和2.49%。此外，该装置还能够测量材料在400℃下的导热系数，其中不锈钢的导热系数结果为19.21Wm^-1K^-1，差异为7.93%。

【图文导读】

图1：仪器的设计

图2：在50°C-400°C时不锈钢的热导率

图3：在50℃时使用HC-131、Huskey 2000润滑油和不使用润滑油的不锈钢导热性能比较

【结论】

       基于标准ASTM D 54 70—06研制了轴向热流密度热导率测量仪，在50°C～400°C的温度范围内具有良好的材料测量能力。在对所用材料的初步验证中，不锈钢和青铜的文献裕度分别为-2.55%和2.44%，五次试验的标准偏差分别为2.09%和3.23%，证明工具的精度和精密度是相当好的。至于在高温下的验证，在Z高温度为400°C的文献中也显示出了7.93%的良好结果。

（来源：林赛斯（上海）科学仪器有限公司）