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激光脈沖法為什么不建議用來測低導(dǎo)熱材料？
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摘要：激光脈沖法測量導(dǎo)熱系數(shù)可能并不適用于一些低導(dǎo)熱的材料，本文從測試原理等方面詳細介紹了到底為何不建議如此測量。 關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)熱流法；激光脈沖法；激光閃射法；導(dǎo)熱系數(shù)；絕熱材料；隔熱材料；低導(dǎo)熱材料 簡介： 測試材料的導(dǎo)熱系數(shù)的方法一般分為兩類，一類是穩(wěn)態(tài)法，主要包括護熱板法、 護熱板熱流計法等：另一類是非穩(wěn)態(tài)法，主要包括激光脈沖法、熱線法等。其中，對于穩(wěn)態(tài)護熱板法和激光脈沖法這兩種常用的方法來說，它們之間的關(guān)系可以說是互補的。一般的情況下穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)的范圍在0.002~20 W/m•K，而非穩(wěn)態(tài)的激光脈沖法的范圍卻在0.1～2000W/m•K。 就像上面所說的那樣這兩種方法都有各自的范圍，所以，在測某一些材料的時候，激光脈沖法就可能出現(xiàn)一些誤差了。比如，玻璃鋼類材料、 樹脂基類復(fù)合材料和陶瓷材料等，這些類型的材料的導(dǎo)熱系數(shù)比較低，屬于低導(dǎo)熱材料（約為0.1～1W/m•K之間），如果用激光脈沖法來測得到的結(jié)果往往可能會跟穩(wěn)態(tài)法測出的值存在有偏差。 為什么激光脈沖法測得的值會跟穩(wěn)態(tài)法的結(jié)果不一樣呢？ 原因之一是因為，一般的激光脈沖法測試設(shè)備，為了在實驗的過程中減少傳導(dǎo)熱的損失，都會采用導(dǎo)熱系數(shù)較低的陶瓷材料（美信的設(shè)備耐馳LFA467采用的是氮化硅陶瓷），來作為測試設(shè)備的支架。但是，如果材料的導(dǎo)熱系數(shù)比陶瓷支架的導(dǎo)熱系數(shù)還要低，又或者說，材料的導(dǎo)熱系數(shù)與支架所選用的陶瓷材料很接近。此時測得的導(dǎo)熱系數(shù)的值，就很可能受陶瓷支架較大影響，這樣導(dǎo)致測量值比實際的值要大。 在進行激光脈沖測試法的過程中，試樣要通過設(shè)備的激光脈沖加熱，經(jīng)過激光脈沖加熱后的試樣，背面的溫升迅速升高，而大部分的低導(dǎo)熱材料，因其導(dǎo)熱系數(shù)較低，最大的溫升在1 ~ 5℃之間，要令其達到可探測的幅度是很困難的（只有達到了可探測的范圍，設(shè)備才能進行數(shù)據(jù)的采集）。通常情況下，面對這種問題有兩種解決方法。一種是采用很薄的試樣，另一種是提高脈沖的功率。但是，兩種處理的方式都可能會導(dǎo)致低導(dǎo)熱材料的測量值產(chǎn)生誤差。低導(dǎo)熱材料的密度一般都比較小，并且大多數(shù)是復(fù)合材料。而第一種方法中把試樣制得很薄，會導(dǎo)致測量的結(jié)果離散性較大，測出的結(jié)果代表性不強。而運用第二種方法，高功率的激光脈沖會產(chǎn)生大量的熱，在一些低導(dǎo)熱的材料分解溫度和熔點都不高的情況下，使用高功率的激光脈沖可能會導(dǎo)致試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或分解反應(yīng)，所測得的導(dǎo)熱系數(shù)也不是材料真正的導(dǎo)熱系數(shù)。 另外，低導(dǎo)熱材料的密度一般比較小，容易有細小的孔洞或孔隙。如果要求在真空中測量這個材料，這些空隙將會極大的改變試樣的傳熱方式，對流傳熱的方式基本消失，測得的熱導(dǎo)率可能會比常壓大氣環(huán)境的測量值要小。 小結(jié)： 綜上所述，低導(dǎo)熱的材料一般是不建議用激光脈沖法來進行測試的。如果要測低導(dǎo)熱的材料的導(dǎo)熱系數(shù)，建議使用穩(wěn)態(tài)的測試方法，穩(wěn)態(tài)熱流法比激光脈沖法更適用于低導(dǎo)熱的材料。 |
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xhmaohan2樓
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nono20093樓
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tzynew5樓
2016-04-07 15:36
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tan9146樓
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laom201310樓
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star_zhang11樓
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ZloveA12樓
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阿爾法XMC13樓
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springburn14樓
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惹笑了一灘泥15樓
2016-04-07 17:54
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gorgan16樓
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