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技術文章

導熱(rè)係數和熱擴散係數測定儀-激光閃光(guāng)法

發布日(rì)期:2024-11-01  瀏覽次(cì)數:

一,設備介紹

激光閃光法是當今測量材料熱擴散(sàn)係(xì)數(α)並進而計算導熱係數(λ)最為先進(jìn)、應用最廣泛的技術之一。其核心優勢在於(yú)測量速度快、溫度範圍(wéi)極寬、材料適用性廣、非(fēi)接觸以及(jí)樣品尺寸小。盡管在樣(yàng)品製備、數據處理模型和λ的間接計算上有一定要求,但它已成為材料科學研究(新材料(liào)開(kāi)發)、工業質(zhì)量控製(如電子散熱材料、航空航天熱障塗層、核材料、電池材料)中(zhōng)不可或缺(quē)的熱物性測試工具。理解其原理、過程和優缺點對於正確使用儀器(qì)和解讀數據至關重要。

 

、關鍵性能參數

項目

參數要(yào)求

控製係統

PLC控製係統+Windows係統

操作界麵

台式電腦,12i3-12100 8G 512G) 23.8寸(cùn)護眼大(dà)屏,曲線展示,WiFi連接,中英文切換

激光元

紅外檢測器

試驗環境

標準推薦在‌37°C ± 2°C‌ 的模擬生理環境(如生理鹽水或(huò)其他符合(hé)ISO 13779-1的模擬體液)中進行測(cè)試

標配

恒溫(wēn)槽(cáo)0-99°精度±1°

加熱源

電爐

試樣尺寸範圍

Φ12×(0.1-5)mm

溫度範圍‌‌

室溫到(dào)500

導熱(rè)係數測量範圍

0.12000 w/m.k

電腦(nǎo)

同時計算出熱擴散係數(導(dǎo)溫係數(shù))、比熱容等多個熱參數

激光源功率‌‌

200W可調

測試精(jīng)度

±3%

可與通(tōng)用(yòng)計算機通訊

采用全自動(dòng)測試軟件,快速準(zhǔn)確對樣品進(jìn)行(háng)試(shì)驗過程參數分(fèn)析(xī)和報告輸出

重複(fù)性

兩次測量偏(piān)差<±3%

打印機

嵌入式微(wēi)型打印機

電源

AC 220V±10﹪;50~60Hz500W

外形尺寸

1200*820*1700mm

 

三,設備構成(chéng)與特點(綜(zōng)合性)

脈(mò)衝激光器:‌ 提供短時、高能量密度的光脈衝(常用 Nd 激光器)。波長需要匹配樣品或塗層的吸收特性。

樣品室/爐體:‌ 提供可控的溫(wēn)度環境(jìng),內置精確控(kòng)溫和測溫裝(zhuāng)置(如(rú)熱電(diàn)偶)。

樣品(pǐn)架:‌ 精確(què)定位樣品,確保激(jī)光均勻照射前表麵,並(bìng)與紅外探測器保持精確對齊。

紅外探測器:‌ 快(kuài)速、靈敏地檢測樣品(pǐn)後表麵溫度隨時間的變化(常用液氮冷卻的 InSb, MCT 探測(cè)器或其他快速響應探測器(qì))。

數據采集係統(tǒng):‌ 高速采集(jí)卡,準確記錄激光脈衝信號和紅外探測器信號的時間序列。

控製係統與軟件:

控製激光器(qì)發(fā)射。

控製樣品室溫度。

采集和處理溫度數(shù)據。

應用數學模型計算 α  λ

存儲、顯(xiǎn)示和分析結果。

光學(xué)係統:‌ (可(kě)選/集成)用(yòng)於引導、聚焦激光束到樣品前表麵,或將後表麵輻射聚焦到紅外探測器上(shàng)。


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四、主流設備與創(chuàng)新趨勢

技(jì)術升級方向

智(zhì)能化(huà)台(tái)式(shì)電腦、雲端數據管理

曲線:

五、合規性要求(核(hé)心標準)

測試標準:

‌ASTM E1461 - 22‌HB 5484-2011‌YS/T 1257-2018‌JC/T 2370-2016

GBT 42919.4-2023

‌ISO 18755:2005

‌ISO 22007-4:2017

‌GB/T 22588-2008

GB/T 10297

‌GB/T 35965-2018

‌GB/T 32065.4-2020

六、激光(guāng)閃光法的局限(xiàn)性和(hé)注意事項

樣品要(yào)求高:‌ 需要製備平行、光滑、平整的薄片(piàn)樣品。樣品厚度需要精確測量(是計算的關鍵參(cān)數(shù))。

透明/半透明材(cái)料處理:‌ 前表麵(miàn)需塗覆(fù)吸收層,塗層本(běn)身的導熱性和厚度會對結果有影響,需要校正或選擇合適塗層。

導熱係數λ的間接性:‌ λ 是(shì)通過 α, ρ, Cp 計算得來。ρ  Cp 的測量誤差會(huì)傳遞到 λ 的誤差中。Cp 通(tōng)常需要由其他設備(如DSC)測量,或在相(xiàng)同設備上通過比較法(與已知熱性能的參考樣品對比(bǐ))獲得。

模型依賴性:‌ 計算結果依賴於所采用的數據處理(lǐ)模型(xíng)。選擇和(hé)應用(yòng)合適的(de)修正模型(xíng)對精(jīng)度至關重要。

徑向熱損失:‌ 對於(yú)低熱擴(kuò)散(sàn)材料或長時間測量,樣品邊緣的(de)熱(rè)損失不可忽略(luè),需要在模型中(zhōng)修正。

薄層/薄膜測量挑戰:‌ 測量(liàng)非常薄的樣品(<100μm)對(duì)激光(guāng)脈衝寬度、探測器響應速度和樣品(pǐn)製備(bèi)精度要求非常高。

 

七,配置清單

主機1台;

測試軟(ruǎn)件1套;

說明(míng)書1;

合格證1;

保修卡1份(fèn);

簽收單1;

銘牌1;

電源線1;

扳手1;

宣傳冊若幹;

恒溫槽1

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導熱係數和熱擴散係數測定儀-激光(guāng)閃光法(fǎ)

發布日期:2024-11-01 瀏覽次數:

一,設備介紹

激光(guāng)閃光法(fǎ)是當今測量材料熱擴散係數(shù)(α)並進而計算導熱係數(λ)最為(wéi)先進、應用最廣泛的技術之一。其核心優勢在於(yú)測量速度快、溫度範圍極寬、材料適(shì)用性廣、非接觸以及樣品尺寸小。盡管在樣品製備、數據處理模型和λ的間接計算上有(yǒu)一定要求(qiú),但它已成為材料科(kē)學(xué)研究(新材料開發)、工業(yè)質量控製(如電子散熱材料、航空航天熱障塗層、核材料(liào)、電池材料)中不可或(huò)缺的熱物性測試工具。理解其原理、過程和優缺點對於正確使用儀(yí)器和解讀數(shù)據至關重要。

 

、關鍵性能參數

項目

參數要求

控製係統

PLC控製係統+Windows係統

操作(zuò)界麵

台式電腦,12i3-12100 8G 512G) 23.8寸護眼大屏,曲線展示,WiFi連接,中英文切換

激(jī)光元

紅外檢測器

試驗環境

標準推薦(jiàn)在‌37°C ± 2°C‌ 的(de)模擬生理環(huán)境(如生理鹽水或其他(tā)符合ISO 13779-1的模擬體液)中進行測試

標配

恒溫槽0-99°精度±1°

加熱源

電爐

試樣尺寸範(fàn)圍

Φ12×(0.1-5)mm

溫度範圍‌‌

室溫到500

導熱係數測(cè)量範圍

0.12000 w/m.k

電(diàn)腦

同時計算出熱擴散(sàn)係數(導溫係數)、比熱容等(děng)多個熱參數

激光源功率‌‌

200W可調

測試(shì)精度

±3%

可(kě)與通用計算機通訊

采用全自動測試軟件,快速準確對樣品進行試驗過程參數分析和報告輸出

重複性

兩次測(cè)量(liàng)偏差<±3%

打印機

嵌入(rù)式微型打(dǎ)印機

電源

AC 220V±10﹪;50~60Hz500W

外形尺寸

1200*820*1700mm

 

三,設(shè)備構成與(yǔ)特點(綜合性)

脈衝激光器(qì):‌ 提供(gòng)短時、高(gāo)能量密度的光脈衝(常用 Nd 激光(guāng)器)。波長需要匹配樣品或塗層的吸收特性。

樣品室/爐體:‌ 提供可控的溫度環境,內置精確控溫和測溫裝置(如熱電偶)。

樣品架:‌ 精確定位樣品,確保激光均勻照射(shè)前表麵,並與紅(hóng)外探測(cè)器保持精確(què)對齊。

紅外探(tàn)測器:‌ 快速、靈敏(mǐn)地檢測樣品後表麵(miàn)溫度隨時間的變(biàn)化(常用(yòng)液氮(dàn)冷卻的(de) InSb, MCT 探測器或(huò)其他快速響(xiǎng)應探測器)。

數據采集(jí)係統:‌ 高速采集卡,準確(què)記錄(lù)激光(guāng)脈衝信號(hào)和紅外探測器信號的時間序列。

控製(zhì)係統(tǒng)與軟件:

控製激光器(qì)發射。

控製樣品室溫度。

采集和處(chù)理溫度數據。

應用數學模型計(jì)算 α  λ

存儲、顯示和分析結果。

光學係統:‌ (可(kě)選/集成)用於引(yǐn)導、聚焦(jiāo)激光(guāng)束到樣品(pǐn)前表麵,或將後表麵輻射聚焦到紅(hóng)外探測器上。


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四、主流設備與創新趨勢

技術升級方向

智能化(huà)台式電腦、雲端數據管(guǎn)理

曲(qǔ)線:

五、合規性要求(核心標準)

測試標準:

‌ASTM E1461 - 22‌HB 5484-2011‌YS/T 1257-2018‌JC/T 2370-2016

GBT 42919.4-2023

‌ISO 18755:2005

‌ISO 22007-4:2017

‌GB/T 22588-2008

GB/T 10297

‌GB/T 35965-2018

‌GB/T 32065.4-2020

六、激光閃光法的局限性和注意事項

樣品要求高:‌ 需要製備平行(háng)、光滑、平整的(de)薄片樣品。樣品厚度需要精確測量(是計算的關鍵參數)。

透明/半透明材(cái)料處理:‌ 前表麵需塗覆吸收層,塗層(céng)本身的導熱性和厚度會對結果有影響,需要校正或選擇合適(shì)塗層。

導熱係數λ的間接性:‌ λ 是通過 α, ρ, Cp 計(jì)算得來。ρ  Cp 的測量誤差會傳遞到 λ 的誤差中。Cp 通常需要由其他設備(如DSC)測量,或在相同(tóng)設備上通過比較法(與已知熱性能的參(cān)考樣品對比)獲得。

模型依賴性:‌ 計(jì)算(suàn)結果依賴於(yú)所采(cǎi)用的數據處(chù)理模型。選擇和應用合適(shì)的修正模型對精(jīng)度至關重要。

徑向熱損失:‌ 對於低熱擴散材料(liào)或(huò)長(zhǎng)時間測量,樣品邊緣的熱(rè)損失不可忽略,需要在模型中修正。

薄層/薄膜測量(liàng)挑戰:‌ 測量(liàng)非常薄的(de)樣品(<100μm)對激光脈衝(chōng)寬度、探測器響應速(sù)度和樣品製備精度要求非常高。

 

七,配(pèi)置清單

主機1台;

測(cè)試軟件1套;

說明書1;

合格證1份(fèn);

保修卡1;

簽收單1;

銘牌1;

電(diàn)源線1;

扳(bān)手1;

宣傳冊(cè)若幹;

恒溫槽1台(tái)

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