导热界面材料热导率测试方法汇总
发表时间:2023-07-28 人气:98 所属分类:行业动态

  什么是热导率?书面用语是——单位面积、厚度、温度相差1℃时,在单位时间内通过的热量(w/(m.K)),是物质传导热能的一个重要参数。大白话可以这样说:“把热量用材料传递出去时用的衡量标准”
  热导率测试方式很多,按照热流法一般可分为稳态和非稳态两种;也有人分得更细,有稳态法、准稳态法和非稳态法三种。
  稳态测试法:
  待测试样处在一个不随时间变化的温度场中,根据测量通过试样面积上的热流速率,试样热流方向上的温度梯度,以及试样几何尺寸等,根据傅立叶定律直接测定热导率。

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  (Q是加热的功率,就是你加热内墙温度在140度时向外传的热量,K是导热系数,h是厚度,S是面积.想你这种情况只能是假设热量完全传导,知道加热功率,计算出△t,然后就可以算出另一端的温度。)
  稳态法测试材料热导率时,有两个根本问题需要解决:1,测定待测样品的热流速率;2,要得到一个与建立的物理模型时所作的假设相符合的热流图像。解决第一个问题通常有以下几个途径:
  ①,测定待测样品的热流速率;
  ②,测定用来加热试样的热量;
  ③,使然热量等同地通过待测样品以及与之串联的已知热导率数值的标准样品,标准样品实际上起着卡计的作用,是比较常用的。
  要解决第二个问题通常有下面几个途径:
  ①,设计一种装置,把热流束缚在规定的方向;
  ②,设计各种形状规格的试样,以得到便于数学描述的热流图像;
  ③,推导出相应的数学公式以便于制备的试样中的热流图像;
  因此,采用上述不同的途径,常把稳态法分成径向热流法和纵向热流法两大类。在径向热流法中,使用一个能完全包围住热源的试样。如热源设计得当,热流将以匀称的图像自中心向外流出。这种体系常由一个直径比很大的圆柱体试样,将该圆柱体试样热源包围构成;或者有一个中空的球体或回传椭球体试样,将一个同样形状的热源包围构成。该法的特点便于热流图像进行数学描述。稳态测试中无论采用那种方法,都必须使主发热器产生的热量全部通过试样,热流线应垂直于试样横截面,整个系统应达到稳定的热平衡态。在试样达到热稳定后,测量流过试样的热量、温度梯度等,然后确定试样材料的热导率。
  目前,国内测试电绝缘匀称聚合物、无机材料大多采用ASTM D5470-95和ASTM D5470-2006标准规定。该标准适用厚度0.02~10mm间匀相材料的热阻测试,并计算出热导率数据。

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  资料来源:《Standard Test Method for Thermail Transmission》
  非稳态测试法:试样温度分别随时间而变化。测试时,通常使试样的某一部分温度作突然或周期的变化,而试样的另一部测量温度随时间的变化速率,进而直接测试试样的热扩散系数,在经过如下计算公式得到热导率值。
  K=a*cp*p
  (a是热扩散系数;cp是比热容;p是密度)
  材料热导率与物质结构、温度和湿度有关。不同的实验测试方法和仪器得到的实验结果有很大差异,所以在测试时要注明用什么仪器及测定的方法。不同的材料种类,测试的原理和方法不尽相同,因此不同材料多对应的测定方法是我们要收集和突破的关键点。
  非稳态法主要有周期法热流法(包括纵向热流法和径向热流法)以及瞬态热流法。瞬态热流法又包括:纵向热流法、闪光法(激光脉冲法)、径向热流法、线热源法和探针法、可运动热源法和比较法等。非稳态热流法有两个显著优点:一是测试周期短,通常测出一个实验结果只要几分钟甚至是几秒钟。二是非稳态测试法中的许多测试方法往往能同时热扩散系数、热导率和比热数据,这些都是稳态测试法没有办法能做到的。
  其中几年比较流行的TPS法就是非稳态测试法的一种,TPS技术使用了一个薄层圆盘形的温度依赖电阻作为样品探头,探头由导电金属镍经处理后形成连续双螺旋结构薄片,外层是双层Kapton保护层,厚度只有0.025mm,它的探头具有一定机械强度,同时保持探头与样品之间的电绝缘性。

 

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关于高分子导热材料的热导率的测试还有一点必须要澄清:目前,测试热导率的方法和设备很多,报道的热导率数据必须注明所采用的仪器及型号,依据的测试方法。因为,不同的方法之间所测试的数据无法进行比较,甚至差别非常大,比较头痛的一个问题。比如说我常涉足的导热覆铜板行业,热导率是该行业该类产品非常重要的一个指标,各厂家公布的其产品热导率非常混乱,至今覆铜板行业也没有制定出测试导热率的标准及符合该标准的指定测试仪器。在此,欢迎覆铜板行业从业人员与我联系展开相应讨论。