[发明专利]一种低导热材料高温热导率测试装置

权利要求书

1.一种低导热材料高温热导率测试装置，其特征在于，包括真空单元、加热单元、原位测厚单元和信号采集处理单元，所述加热单元位于真空单元中，所述真空单元用于为加热单元提供气体压力和气氛可调可控的测试环境，所述原位测厚单元用于在测试过程中实时原位测量试样的厚度，所述信号采集处理单元用于采集试样热面温度数据、试样冷面温度数据、试样热流密度以及试样厚度并计算得到热导率；

所述加热单元包括高温组件和低温组件，所述低温组件位于高温组件下方，高温组件包括依次层叠的均温板、加热板和隔热层；沿逐渐远离加热板的中心的方向，所述加热板的加热温度逐渐升高；

所述加热单元还包括热电偶走线板以及与试样热面相接触的多个热电偶；所述热电偶走线板设于上冷板与隔热层之间，所述热电偶贯穿隔热层、加热板和均温板后与试样热面相接触；

以均温板上表面的几何中心为原点在均温板上表面建立直角坐标系，横向为x方向，纵向为y方向，12个热电偶的布置位置坐标分别为(0，0)、(a，0)、(-a，0)、(a，a)、(-a，-a)、(2a，2a)、(-2a，-2a)、(-a，a)、(a，-a)、(-3a，0)、(0，-a)和(0，-2a)，a为单位长度；

所述信号采集处理单元包括数据计算模块和数据转换模块，所述数据计算模块用于根据一维稳态傅里叶传热公式计算获得试样的表观热导率的方法如下：

由一维稳态傅里叶传热定律可知：

为温度梯度，λ为理论热导率；

即，

q·dX＝-λ·dT……………………………………式A2

对式A2进行积分，由于q与X无关，则有：

对于厚度为d、热面温度为T_h、冷面温度为T_c的试样，式A3写为：

由式A4和式A3得到：

λ_app为表观热导率，即T_h-T_c温差内λ的积分平均值；

所述数据转换模块用于根据材料在一系列不同热面温度和冷面温度所构成的温差条件下的表观热导率计算获得材料的理论热导率，假设：

则有：

则式A4写为：

即，

令Y_i＝(q·d)_i，则有：

i≥n，代表同一材料在不同热面温度和温差下的测试；

利用式A10，代入每次测试时试样的厚度d、热流密度q、试样热面温度T_h和冷面温度T_c，通过最小二乘法求解获得a_n，n＝1，2，3，...，N，从而根据式A6获得理论热导率λ与温度T的关系。

2.根据权利要求1所述的低导热材料高温热导率测试装置，其特征在于，所述气体压力为10Pa～1atm。

3.根据权利要求1所述的低导热材料高温热导率测试装置，其特征在于，所述气氛为空气、氮气或惰性气氛。

4.根据权利要求1所述的低导热材料高温热导率测试装置，其特征在于，还包括用于对真空单元降温的外部冷却单元。

5.根据权利要求1至4任一项所述的低导热材料高温热导率测试装置，其特征在于，所述加热板包括沿加热板的纵向对称轴镜像布置的加热丝，从加热板的中心至边缘方向，所述加热丝的形状为呈C型环绕的蛇形线，沿逐渐远离加热板的中心的方向，相邻两圈加热丝之间的距离逐渐减小；

或者，所述加热板的形状为光滑的曲线；

或者，所述加热板包括多条相互平行的板条，沿逐渐远离加热板的中心的方向，所述板条的宽度逐渐减小。

6.根据权利要求1至4任一项所述的低导热材料高温热导率测试装置，其特征在于，所述低温组件包括依次层叠的支座、下冷板、导热胶垫和热流计压板，多个热流计嵌埋在导热胶垫朝向热流计压板的一侧。

7.根据权利要求6所述的低导热材料高温热导率测试装置，其特征在于，所述热流计为表面式薄膜热流计。

8.根据权利要求6所述的低导热材料高温热导率测试装置，其特征在于，以导热胶垫上表面的几何中心为原点在导热胶垫上表面建立直角坐标系，横向为x方向，纵向为y方向，7个热流计的布置位置坐标分别为(0，0)、(a，a)、(-a，-a)、(2a，2a)、(-2a，-2a)、(-a，a)和(a，-a)，a为单位长度。