[发明专利]一种高温导热系数测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料导热系数领域，尤其涉及一种高温导热系数测量方法。

背景技术

导热系数是固体材料基本的热物性参数之一，是评价材料隔热性能的重要物理参数。随着科学技术和工业的发展，材料导热系数被应用到了不同的领域，包括：航空航天、微电子技术、核能技术、新材料开发等高新技术领域，以及石油化工、钢铁冶金、建筑节能等工业领域。例如在军事领域，所有航天飞行器均经历发射、入轨、飞行乃至再入大气的过程，经受不同程度的气动加热阶段，必须采取有效的热控技术，进行隔热和防热，这其中就有赖于对隔热材料导热系数，尤其是高温导热系数的掌握。因此导热系数的确定对材料的科学研究、工程应用等都有着重要的意义。

导热系数的确定总体来说可以通过理论计算和实验测量这两种途径来实现，理论分析的方法是根据材料的导热机理来确定其导热物理模型，然后做出较为复杂的数学分析和计算来获得导热系数。另一种方法是通过实验来测量材料的导热系数，由于该方法具有直接且简单易行的优点，所以是目前确定材料导热系数的主要途径，而实验测量方法又大体可以分为两类：瞬态法和稳态法。

瞬态法是指实验测量过程中试样温度随时间变化，通过测量试样内某些点的温度变化情况以及其他相关参数，来确定试样的导热系数。主要有瞬态热线法、热带法、常功率热源法、激光闪烁法等。这些瞬态法具有测量时间短、精确性高、对环境要求低等特点，但也由于受到测量方法本身的限制，多用于测量导热系数趋于常数的材料或高导热特性的金属材料。

稳态法是指当试样上的温度分布达到稳定后，即试样内的温度分布是不随时间变化的稳定温度场，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来确定试样的导热系数。主要有保护热板法、圆管法、热流计法。这些稳态法具有原理清晰，可准确、直接地获得导热系数绝对值等优点，多用于测量低导热特性的材料或导热系数与温度有明显相关性的材料。

隔热材料的导热系数一般较小，而且通常与温度有明显的相关性。因此对于隔热材料的导热系数测量往往采用稳态法，但是稳态法目前只适合中等温度(＜600℃)的导热系数测试。由于受到热流传感器耐高温性能差、试样冷面温度过高难于实现可靠控制等局限，目前的稳态法还无法简单、高效的测试隔热材料的高温导热系数。以稳态法中的热流计法为例对该问题进行描述如下：

目前，公知的热流计法是一种基于一维稳态导热原理的比较法。如图1所示，将厚度一定的方形试样插入两个平板间，在其垂直方向通入一个恒定的单向热流，使用校正过的热流传感器3测量通过试样的热流，热流传感器3在平板与试样2之间，和样品直接接触。当冷板4和热板1的温度稳定后，测得试样厚度及热、冷表面的温度和通过试样的热流密度，根据傅立叶导热定律即可确定试样的导热系数：

λ=qδTH-TC---(1)]]>

式中：λ——材料试样的导热系数，W/(m·℃)；

q——稳态传热条件下，通过材料试样的热流密度，W/m²；

δ——材料试样的厚度，m；

T_H——材料试样的热面温度，℃；

T_C——材料试样的冷面温度，℃。