[发明专利]一种金属材料比热容的测量装置及其方法

说明书

本发明涉及一种金属材料比热容的测量装置，包括激光加热器及其控制模块；加热炉体及其控制模块；样品架；测量热电偶组；数据采集模块；基座；带控制和测量功能软件的PC机及其设备连接线。该装置可以实现对规定的小尺寸金属试样，在进行相应的加工和处理后进行比热容的测量，根据提出的绝对法测量模型和修正模型可以较为精准的获得待测金属试样的比热容。在常温至300℃下的比热容测量结果偏差小于±3％，重复性优于2％，其中在常温下测量偏差小于±1％，重复性优于1％。本发明还提供了一种使用所述金属材料比热容测量装置进行测量的方法。

技术领域

本发明涉及一种测量装置及其方法，具体涉及一种金属材料比热容的测量装置，以及基于该测量装置的测量方法。

背景技术

比热容作为材料最为重要的热物性参数之一，表征单位质量下材料升高1℃所需消耗的热能，作为物质的重要性质和理论分析的数据，它是评价其热性能的依据，在实际生产生活中广泛应用，尤其在材料、能源、航天、环境保护、物质的合成与应用开发、医学和工程热力学等领域具有重要的应用价值。

固体材料比热容的测量方法主要有：量热计法和比较法等，其中比较法主要有：差示扫描量热计(DSC)法和激光闪光法等，国际上普遍使用合成蓝宝石(α-Al₂O₃)作为比热容的标准物质，其中DSC法是目前用途最广，测量精度较高的方法之一，目前市面上商用DSC仪器的比热容测量精度声称可以能达到2％～3％，但实际不同厂家生产的设备测量结果存在较大的差异，同一种材料的测量偏差可能达到20％以上。

激光闪光法是当下材料热物性参数测量最主要的方法之一，适用于金属材料热扩散系数和比热容的测量，拥有测量速度快、样品尺寸小和准确性较高的优点，目前已经成为测量热扩散系数的标准方法之一。然而，市面上商用的闪光法系列导热仪测量材料比热容偏差较大，一般声称偏差为5％～10％，主要是因为闪光法激光脉冲加热时间极短，试样前表面喷涂石墨来提高热吸收率等处理，会导致对前表面热吸收能量精准测定较为困难；同时无论是通过热电偶或红外测温仪对试样后表面测温，热损失都会导致对试样后表面最大温升的测量造成较大偏差，从而通过相对法测量获得的材料的比热容偏差较大，重复性也较差。

目前，激光闪光法测量仪通常使用铜或石墨作为测量比热容的标准样品，样品缺乏相应的量值溯源，其标称值的准确性得不到保证，因此，使用标准样品比热容的不确定度对相对法测量结果的准确性有直接影响，从而导致了闪光法测量仪通过测量的热扩散系数、比热容和密度等值计算获得的导热系数引入了较大的不确定度，测量结果可靠性较差。

发明内容

本发明的目的是在闪光法测量原理和装置的基础上进行改进，提供一种使用连续激光加热来测量金属材料比热容的测量装置，并基于连续激光加热所建立的准稳态温升过程，通过绝对法获得金属材料的比热容。

本发明提供了一种金属材料比热容的测量装置，其包括，激光加热器，其提供照射激光光束；加热炉，其具有预定温度范围的控温；以及控制模块；其特征在于：所述加热炉固定炉体和可移动炉体，所述固定炉体和所述可移动炉体可进行合体和分离，在所述固定炉体和所述可移动炉体之间设置有样品架；待测样品，其位于所述样品架上，且在所述待测样品的侧部和表面上具有微孔，在所述微孔中设置热电偶。

其中，所述预定温度范围为室温～300℃温度范围。

其中，采用测温热电偶组对炉温和均匀性进行测量，炉温偏差小于±1℃，均匀性小于1℃。

其中，所述热电偶组含有两根极细k型铠装热电偶，直径为0.15mm，用于测量打孔金属试样内部温度。

其中，所述控制模块对激光加热器快门进行控制和读取热电偶温度，并可以进行数据处理和存储。

其中，进一步包括数据采集模块。

本发明的对金属材料进行比热容测量的方法，其包括：