[发明专利]半透明材料热物性及界面热阻多参数无损快速测量方法

说明书

本发明提出了一种半透明多孔材料高温热导率、辐射性质及多界面接触热阻的多参数无损快速测量方法，属于半透明多孔材料高温热物性测量技术领域。所述方法首先设定试样两相热导率、辐射性质及各界面接触热阻等参数的温变模型，建立半透明多孔材料试样辐射及传导的高温耦合热分析模型和求解方法，通过低温金属板下绝热面随时间变化的温度测试数据，利用最小二乘非线性优化理论模型对各温度下两相热导率、辐射性质及各界面接触热阻等参数进行重构。所述方法具有提高测试效率、减小测试误差、缩短测试周期、节约能源等方面优势。

技术领域

本发明涉及一种半透明多孔材料高温热导率、辐射性质及多界面接触热阻的多参数无损快速测量方法，属于半透明多孔材料高温热物性测量技术领域。

背景技术

半透明多孔材料具有重量轻、成本低、耐高温等显著优势，广泛应用于航天器的热防护、太阳能发电、建筑、化工等相关工业领域。这类材料一般包括纤维隔热毡、金属或陶瓷泡沫、气凝胶及其复合材料等，在其高温热应用过程中，可靠的高温传导、辐射性质及与其相接触材料之间的界面接触信息不仅是高温服役过程中进行材料热分析与优化设计所需的重要参量，也是进行材料表征与评价以及新材料开发的重要依据。

在常规的测试方法中，通常将材料的多种热性能进行分开测量。

一方面，半透明材料属于吸收、发射、散射辐射介质，实验测量是获得半透明多孔材料高温热物性数据的基本手段，针对热辐射性质进行测试的主流方法是基于定向或半球透射率和反射率测试数据与辐射传递方程的计算结果进行最小二乘法拟合获得相应的辐射参数，但该测试方法对实验设备要求高、测试误差大且一般只能提供较低温度的辐射性质参数，而无法测量工程上急需的高温辐射性质。

另一方面，在半透明多孔材料的高温应用过程中，不可避免的与各种材料相接触，从而在两种材料形成的界面间产生接触热阻效应。接触热阻的理论预测是一个涉及多学科多尺度的研究领域，其大小受到表面形貌分布、接触点变形情况、两种接触材料热物性及力学性能、接触压力、界面温差及间隙大小等众多因素所影响，一般很难通过理论建模的方式进行可靠预测。实验测量界面接触热阻最常用的方法是稳态法，即在两接触样品上维持一定的温差，测量两样品轴向上的温度值，再由傅里叶定律外推至接触界面处从而得到界面上的温差，由热流量计测量或由样品材料的热导率和温度梯度计算得到热流量，即可根据R＝ΔT/Q得到界面接触热阻值。这种稳态测量方法一般测试时间很长，需要长达8小时左右，同时热电偶的嵌入破坏了本身的温度场可能造成测量结果不准确。瞬态法也是一种常见的接触热阻实验测量方法，其主要包括激光光热测量法、热成像法、Flash闪光法、激光光声法等。瞬态法虽然可以实现接触热阻的快速测量，但测试条件相对固定，不能满足工程应用中不同材料形成的不同界面状态的测量，无法快速准确的提供不同材料与材料界面处的接触导热数据。

综上，要获取半透明多孔材料工程应用中急需的多种热性能参数，现有测试技术需要针对每一种热物性进行单独测量，每一物性的测试均需对应昂贵的测试设备、特殊的制样要求、复杂的测试原理、引入一定的测试误差和繁琐的数据处理等环节，要获得相应的材料热物性数据不仅资金、人力投入量大、耗时耗能多，且测试效率低、误差大、周期长。

发明内容

本发明为解决现有半透明多孔材料多种高温热物性参量实验测试过程中存在的资金、人力投入量大、耗时耗能多、测试效率低、结果误差大、实验周期长等问题，提出了一种半透明多孔材料高温热导率、辐射性质及多界面接触热阻的多参数无损快速测量方法。

一种半透明多孔材料高温热导率、辐射性质及多界面接触热阻的多参数无损快速测量方法，所述多参数无损快速测量方法包括：

步骤一：制作试验测试组件；所述试验测试组件为方形或长方形，所述试验测试组件包括耐高温金属板、两层厚度相同的试样、低温金属板和纤维隔热体；所述耐高温金属板、两层厚度相同的试样和低温金属板由上到下依次堆叠；所述纤维隔热体设置在所述耐高温金属板、两层厚度相同的试样和低温金属板形成的堆叠体的四周和底部；所述纤维隔热体采用低导热的纤维隔热材料；