[发明专利]一种无损稳态导热率测量方法

说明书

本发明涉及一种无损稳态导热率测量方法，包括：1、对于块状材料，利用加热源通过点加热的方式加热样品的表面，对于薄膜材料，利用区域加热方式加热样品和某种已知导热率的对比材料；2、当样品达到热稳态时，对于块状材料，通过测量样品加热表面任意一点的温度变化或者任意两点的温度差来表征样品表面的温度场，对于薄膜材料，通过测量样品和对比材料加热区域中任意一点的温度变化来表征；3、通过样品的导热率与样品表面的温度场的物理模型得到样品的导热率。与现有技术相比，本方法具有如下优点：1.实现样品同侧加热和探测，可应用于无损测量；2.简化样品制备和测量装置，缩短测量时长；3.环境影响小，可在多种环境下测量导热率。

技术领域

本发明涉及材料导热率测量技术，尤其是涉及一种无损稳态导热率测量方法。

背景技术

导热率是材料的一个重要热物理性质参数，快速、简便的导热率测量技术目前变得十分重要。在现有的导热率测量技术中，按测量方法的物理模型可大致分为稳态导热率测量方法和瞬态导热率测量方法。常见的稳态导热率测量方法有热线法(Searle’s barmethod)和热盘法(Lee’s disc method)。热线和热盘法分别适用于高导热率材料和低导热率材料的导热率测量。在这些稳态方法中，样品需要被均匀地加热或冷却至热稳态，再进行热物理参数测量。稳态测量方法的优点是数学模型简单，但测量中样品达到热稳态需要较长时间，因此整个测量过程时间较长(约几十分钟)。同时，稳态导热率测量方法对应的测量装置复杂，样品需加工成规定形状，限制其工程实地应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无损稳态导热率测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种无损稳态导热率测量方法，包括以下步骤：

S1、当样品是块状材料时，利用加热源通过点加热的方式加热样品的表面，当样品是薄膜材料时，利用加热源通过区域加热的方式同时加热样品和某种已知导热率的对比材料；

S2、当样品达到热稳态时，对于块状材料，通过测量样品加热表面任意一点的温度变化或者任意两点的温度差来表征样品表面的温度场，对于薄膜材料，通过测量样品和对比材料的加热区域中任意一点的温度变化来表征样品表面的温度场；

S3、通过样品的导热率与样品表面的温度场的物理模型，计算得到样品的导热率。

优选的，所述块状材料的样品的导热率与样品表面的温度场的物理模型为：

κ＝Q·F/ΔT

其中，κ为被测样品的导热率，Q为加热源功率，F为可控参数常数，通过标准材料校准得到，ΔT为温升温度场。

优选的，所述步骤S2中，通过测量样品加热表面任意一点的温度变化表征样品表面的温度场时，样品的导热率与样品表面的温度场的物理模型为：

κ＝Q·F_i/ΔT_i

其中，F_i为样品加热表面i点的可控参数常数，ΔT_i为i点在一段时间的温度差。

优选的，所述步骤S2中，通过测量样品加热表面任意两点的温度差表征样品表面的温度场时，样品的导热率与样品表面的温度场的物理模型为：

κ＝Q·(F_i-F_j)/ΔT_ij

其中，F_i、F_j分别为样品加热表面i点和j点的可控参数常数，ΔT_ij为某时刻i点和j点的温度差。

优选的，所述薄膜材料的样品的导热率与样品表面的温度场的物理模型为：