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導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試-激光閃射法

2015-09-30  瀏覽量:5331

美信檢測(cè) 失效分析實(shí)驗(yàn)室

 

背景:

導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料熱傳導(dǎo)能力的重要物理參數(shù),是工程材料尤其是窯爐材料的熱物理特性之一。在研究和開(kāi)發(fā)新型耐火材料時(shí),研究人員都很重視導(dǎo)熱系數(shù)這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),并在冶金工程材料、建筑中作為選擇材料的重要依據(jù)之一。所以,準(zhǔn)確測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)測(cè)定耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)通常采用平板法和熱線法。但這兩種方法均存在測(cè)量精度不高,測(cè)量范圍較窄等不足。1961年,Parker等開(kāi)始了利用激光脈沖技術(shù)測(cè)量材料的熱物理性能的研究,由于這種技術(shù)具有測(cè)量精度高、測(cè)試周期短和測(cè)試溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn),得到廣泛的研究和應(yīng)用,經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展和完善,目前激光閃射法已經(jīng)成為一種成熟的材料熱物理性能測(cè)試方法。
激光閃射法是目前世界上最先進(jìn)的材料熱物理性能測(cè)試方法之一,歐美各國(guó)的大部分熱擴(kuò)散數(shù)據(jù)就是用該方法測(cè)定的。本文介紹的激光閃射法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法是通過(guò)直接測(cè)量材料的熱擴(kuò)散系數(shù)、比熱容、密度來(lái)計(jì)算材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
 
1. 案例背景
接收到客戶石墨紙測(cè)試樣品,要求根據(jù)ASTM E1461-13測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)完成測(cè)試。
 
2. 測(cè)試方法簡(jiǎn)述
A.測(cè)試程序:
1) 試樣的制備:由于耐火材料多為含顆粒原料的材料,具有明顯的非均質(zhì)性和方向性,因此試樣的制備對(duì)測(cè)定結(jié)果影響很大,要嚴(yán)格控制試樣的直徑、厚度和兩個(gè)端面的平行度。典型試樣為直徑為12.7mm或者25.4mm的圓形試樣;
2) 試樣的處理:為了減少耐火材料對(duì)激光脈沖的反射,并增加試樣表面對(duì)激光脈沖能量的吸收,測(cè)試前可以在待測(cè)試樣的兩面均勻噴涂石墨涂層。石墨涂層可以阻止激光射線和可觀察波長(zhǎng)段熱輻射的穿透,在高溫階段能夠抵抗激光脈沖的加熱而不融化和蒸發(fā),并且不與試樣產(chǎn)生反應(yīng);
3) 試樣的安裝與測(cè)定:試樣經(jīng)過(guò)上述步驟的處理后,即可放入儀器中進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),設(shè)定待測(cè)試樣的試驗(yàn)條件,包括升溫時(shí)間,試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)氣氛等。達(dá)到設(shè)定溫度,并且溫度穩(wěn)定后,選擇手動(dòng)或者自動(dòng)方式開(kāi)啟激光發(fā)生器,儀器自動(dòng)記錄試樣上表面溫升隨時(shí)間的變化曲線,整個(gè)測(cè)定過(guò)程結(jié)束。
 
激光閃射法
試驗(yàn)裝置示意圖
 
試驗(yàn)記錄:
1) 測(cè)試溫度; 
2) 熱擴(kuò)散系數(shù);
3) 比熱容;
4) 密度; 
5) 樣品厚度。
 
樣品編號(hào) 測(cè)試方向 測(cè)試溫度(℃) 導(dǎo)熱系數(shù)(W/m•K) 熱擴(kuò)散系數(shù)(mm^2/s) 比熱容(J/g/K) 密度(g/cm^3)
0921001 橫向 28.0 177.887 75.028 0.886 2.676
縱向 28.0 2.817 1.188 0.886 2.676
備注:導(dǎo)熱系數(shù)=密度×比熱容×熱擴(kuò)散系數(shù);測(cè)試溫度不同相關(guān)參數(shù)會(huì)有明顯不同。
 
B.設(shè)備照片:
 
激光閃射法
 
3. 結(jié)論
由以上測(cè)試分析結(jié)果可知,該款石墨紙樣品的在溫度為28℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)(K)橫向=177.887 W/m•k,(K)縱向=2.817 W/m•k.
從測(cè)試數(shù)據(jù)可以明顯看出石墨相關(guān)合成材料的水平熱擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于垂直熱擴(kuò)散系數(shù),因此在實(shí)際的應(yīng)用領(lǐng)域使用方可重點(diǎn)關(guān)注其水平方向的熱擴(kuò)散性能。
 
4. 參考標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E1461-13用閃光法測(cè)定熱擴(kuò)散率的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
 
*****結(jié)束*****
 
作者簡(jiǎn)介:
MTT(美信檢測(cè))是一家從事材料及零部件品質(zhì)檢驗(yàn)、鑒定、認(rèn)證及失效分析服務(wù)的第三方實(shí)驗(yàn)室,網(wǎng)址:m.tywhcyw.com.cn,聯(lián)系電話:400-850-4050。
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