文档介绍：闪光法测定热扩散系数的标准方法
范围
,用本方法可以很容易测试从75K到2800K热扩散系数在10-7到10-3的材料。
本标准可以认为是C714测试标准详细版,但是适用的材料、应用范围、温度更广且精度更高。
,但是如果采取一些预防措施是可以是用于全部或部分透明材料(见附表X1)
本方法是为了适用于各种装置设计。这种类型的测试方法不可能对构造进行详细说明,也不能覆盖一个没有相关技术知识的人员在使用过程中遇到的所有问题的解决办法或者制止或限制提升基础技术的研究和改进办法。
本方法适用于测量本质上来说是完全致密的材料;然而,有些情况下测试多孔材料时也可以使用。由于孔洞的数量、形状、大小及孔的分布参数都会影响热扩散性能,所以在分析数据时要很谨慎。在分析由这种方法测试出得到的热扩散系数衍生的其他性质,如热导性时建议要特别小心。
因为没有用其他参考标准,本方法可以认为是一种绝对(或基本)方法。建议用参考材料来验证所使用装置的性能。
严格来说,本方法只适用于各项同性固体材料,但是有些情况下显示的数据在某些应用中可能也是适用的。
测试复合材料-当一种材料是多相且各项异性时,用这种方法测试得到的热扩散系数数据有可能其实是错的。然而,这样的数据尽管缺少绝对的精度,但是在比较具有类似结构的材料方面可能还是有用的。对相关的衍生的性能如热导性
需要非常注意,因为复合材料的热流模式和单轴材料是不同的。
测试液体-本方法有个特别有用的用途即用于确定熔融金属的热扩散系数。这种技术需要适用特别构造的样品罩。
测试层状材料-这种方法也可以扩展其用途,用于测试某种由不同材料组成的层状结构,其中一层结构认为是未知的。在某些情况下,还可能能确定界面的接触电导率。
要求所有表示的值都以国际单位为单位。
,若有需要,请联系它的使用方。该标准的使用者有责任建立安全健康的操作,同时在使用前优先考虑该标准应用的局限性。
参考文献
ASTM标准
C714 热脉冲方法测定炭素制品和石墨的热扩散系数
E230标准热电偶的温度-电动势(EMF)表
术语
本标准中特定的术语定义
固体材料的热导率λ-稳定热流通过均质材料的无限平板的垂直于表面方向的单位厚度,引起单位温差的热流速率。由于其随温度的变化是变化的,该性质定义时需说明是某一特定的平均温度下的值。
固体材料热扩散系数α-其由热导率除以密度和单位质量热容的乘积得到。
本标准中的符号的描述及单位
D-直径,m
k-扩散方程中的常数
L-试样厚度,m
t-响应时间,s
t*-无量纲时间(t*=4αst/DT2)
T-温度,K
α-热扩散系数,m2/s
λ-热导率,W/m·K
β-达到最高强度所需要的脉冲持续时间
Δt5-T(5t1/2)/T(t1/2)
-T(10t1/2)/T(t1/2)
本标准中特定的下脚标的说明
o-环境
s-试样
T-热电偶
x-上升百分比
C-科文
R-比率
m-最大值
t-时间
4、测试方法概述
用高强度的能量脉冲对小而薄的圆盘试样进行短时间的辐照。脉冲的能量被样品的前表面吸收并记录其所导致后表面温度上升(温度自记曲线)。热扩散系数的值通过试样的厚度和后表面温度上升达到某一比值的最大值所需要的时间
计算出来(图1)。考虑到样品的热扩散系数是由在一个温度范围内得到的,在需要的温度下需要重复测试。本方法在大量出版的书籍中(1,2)4和综述的文章中都有详细说明。在附录X5中可以找到该理论的总结概述。
5、重要性和用途
热扩散是一项非常重要的性质,在像设计用在瞬间热流条件下,确定安全操作温度、过程控制和质量保证等是必须的。
闪光法用于测试大量固体材料的热扩散系数α。由于这种方法只需要简单形状、小尺寸的试样,测试快速,使用一种设备就可以轻易地处理在大的温度范围内具有宽泛热扩散系数值的材料。
在特定的严格条件下,采用用于定量的方法(见附录X4)可以确定各项同性透明固体材料的比热。
热扩散系数的结果和比热(Cp)、密度(ρ)根据公式λ=αCpρ,在很多种情况下可以衍生得到热导率(λ)。