摘要：激光脈沖法測量導熱系數可能并不適用于一些低導熱的材料，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。

 

關鍵詞：穩態熱流法；激光脈沖法；激光閃射法；導熱系數；絕熱材料；隔熱材料；低導熱材料 

 

簡介：

測試材料的導熱系數的方法一般分為兩類，一類是穩態法，主要包括護熱板法、 護熱板熱流計法等：另一類是非穩態法，主要包括激光脈沖法、熱線法等。其中，對于穩態護熱板法和激光脈沖法這兩種常用的方法來說，它們之間的關系可以說是互補的。一般的情況下穩態導熱系數的范圍在0.002~20 W/m•K，而非穩態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一些誤差了。比如，玻璃鋼類材料、 樹脂基類復合材料和陶瓷材料等，這些類型的材料的導熱系數比較低，屬于低導熱材料（約為0.1～1W/m•K之間），如果用激光脈沖法來測得到的結果往往可能會跟穩態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態法的結果不一樣呢？

原因之一是因為，一般的激光脈沖法測試設備，為了在實驗的過程中減少傳導熱的損失，都會采用導熱系數較低的陶瓷材料（美信的設備耐馳LFA467采用的是氮化硅陶瓷），來作為測試設備的支架。但是，如果材料的導熱系數比陶瓷支架的導熱系數還要低，又或者說，材料的導熱系數與支架所選用的陶瓷材料很接近。此時測得的導熱系數的值，就很可能受陶瓷支架較大影響，這樣導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，試樣要通過設備的激光脈沖加熱，經過激光脈沖加熱后的試樣，背面的溫升迅速升高，而大部分的低導熱材料，因其導熱系數較低，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，設備才能進行數據的采集）。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致低導熱材料的測量值產生誤差。低導熱材料的密度一般都比較小，并且大多數是復合材料。而第一種方法中把試樣制得很薄，會導致測量的結果離散性較大，測出的結果代表性不強。而運用第二種方法，高功率的激光脈沖會產生大量的熱，在一些低導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致試樣發生化學反應或分解反應，所測得的導熱系數也不是材料真正的導熱系數。

另外，低導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，測得的熱導率可能會比常壓大氣環境的測量值要小。

 

小結：

綜上所述，低導熱的材料一般是不建議用激光脈沖法來進行測試的。如果要測低導熱的材料的導熱系數，建議使用穩態的測試方法，穩態熱流法比激光脈沖法更適用于低導熱的材料。

 

*** 結束 ***

 

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