材料的物理性能
金属材料的比重、熔点、线膨胀系数和导热系数
材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。
实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的
第二节 稳态双平板法测定非金属材料的导热系数 一、实验内容 以无限大平板的导热规律为基础，利用NK Ⅲ-200型双试件导热率测定装置、双路直流稳压电源、恒温水浴和测试系统用稳态双平板法测定非金属材料的平板两侧的大致的温度值，结合傅里叶定律，导出平均温度下的平均导热系数λm ，确立导热系数和温度之间的关系。 二、实验原理 双平板法是以无限大平板的导热规律为基础的。设有一块厚度为δ，导热系数为λ = A + Bt 的无限大平板，一侧以恒定流密度q （W/㎡）加热，平板两表面的温度分别保持恒等于t 1和t 2 。 如图1所示。根据付立叶定律，描写板内温度场的导热微分方程式为 dx dt Bt A dx dt q )(+-=-=λ (1) 相应 x = 0处,t = t 1 x =δ处,t = t 2 (2) 积分（1）式并代入（2）式的边界条件，则得 12122t t t t q A B δ+-? ?=+???? ? （3） 令 m m Bt A t t B A +=++=2 2 1λ （4） 即在平均温度t m =(t 1+t 2)/2的条件下，板材的导热 系数等于在t 1和t 2间材料的平均导热系数λm 。 图 1 平板导热原理图 (4)式则写为 δ λ) (21t t q m -= (5) 如果是为了确定板材的导热系数，则需在热稳定时，测出加热（或冷却）平板一侧的恒热流 密度q （W/m 2 ）和温度t 1、t 2，依据(5)式便可得板材的平均导热系数： 2 1t t q m -= δ λ (6) 三、实验设备 如图2所示，它包括NK Ⅲ-200型双试件导热率测定装置、双路直流稳压电源、恒温水浴和测试系统。NK Ⅲ-200型双试件导热率测定装置为对称的双平板结构，它的中央为圆形主加热器，其周围为环形辅助加热器，它们均为薄片型加热器，由电阻带均匀绕成。二者共平面，其之间有一小的环形隔缝。在主、辅加热器上，各放置由导热系数较大的黄铜做的圆形均热板。主、辅均热板也是同厚度共平面，二者之间有1㎜的环形隔缝。实验时将两块直径均等于环形辅助加热器均热板外径相等厚度的同种试件分别置于两侧的均热板上。并在每块试材的另一面各安置一个圆盘形冷却器，最后从两个方向用力将它们压紧以减少各交界面上的接触热阻。一台超级恒温水浴向两个冷却器并联供给恒温水。冷却器内有盘香形小槽，恒温水沿槽盘旋流动，以便保持两块试材的冷却面具有相同的温度。双路直流稳压器分别对
功能与复合材料论 碳／碳复合材料导热性能的研究 姓名：李泽地 学号：3009208097
碳／碳复合材料导热性能的研究 碳/碳复合材料是指以碳纤维作为增强体，以碳作为基体的一类复合材料。作为增强体的碳纤维可用多种形式和种类，既可以用短切纤维，也可以用连续长纤维及编织物。各种类型的碳纤维都可用于碳／碳复合材料的增强体。碳基体可以是通过化学气相沉积制备的热解碳，也可以是高分子材料热斛形成的固体碳。 碳/碳复合材料作为碳纤维复合材料家族的一个重要成员，具有密度低、高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀特点，尤其是其强度随着温度的升高，不仅不会降低反而还可能升高，它是所有已知材料中耐高温性最好的材料。因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。 一C／C复合材料导热系数影响因素的研究 碳纤维增强复合材料不仅具有高比强、高比模等突出的结构材料特征，而且其优良的摩擦磨损及热物理性能，能够很好地满足高速喷气飞机对刹车材料的要求。碳／碳复合材料已成为新一代航空材料的发展方向。航空刹车用碳／碳复合材料在显微结构上是一种多相非均质混合物，这种材料的力学性能、摩擦磨损性能及热物理性能与材料的微观结构密切相关。而作为1种摩擦制动材料，碳／碳复合材料的热性能是至关重要的。材料在制动过程中必须具有吸收和传递走大量热量，保证不熔化刹车装置的能力，从而延长刹车副的使用寿命。这种能力要比材料的摩擦性能更重要。因此，碳／碳复合材料高的热焓和好的导热系数是用于航空刹车时第一重要的性能。本试验通过对碳／碳复合材料导热性能的测试，研究了不同纤维取向、不同热处理温度以及不同CVD热解碳的微观结构对碳／碳复合材料导热性能的影响。 1 实验方法 1.1 试样制备 试样采用长纤维增强乱短纤维层压作为毡体，长纤维沿x—y平面分层铺开，长纤维之间是随机分布的乱短纤维层。将毡体裁切成外径为146 mm，内径为43 mm，纤维体积含量在30％的圆盘，在CVD炉中，以丙烯为主要碳源气，9o0cI=以上沉积至最终密度1．75 g／cm 一1．80 g／cm 左右。 1．2 显微结构分析 以环氧树脂为主要镶嵌料，样件镶样后在MEF3A金相显微镜下观
导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，银的导热系数最高(表)，但成本高；纯铜其次，但加工不容易。在风冷散热器中一般用6063T5铝合金，这是因为铝合金的加工性好(纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工)、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接触热阻会大量产生，反而影响散热效果。 各种常用金属材料及铝合金导热系数 材料名称导热系数材料名称导热系数 银99.9% 411 W/m.K 硬铝4.5%Cu 177 W/m.K 纯铜 398 W/m.K 铸铝4.5%Cu 163 W/m.K 金 315 W/m.K Mg,0.6%Mn 148 W/m.K 纯铝 237 W/m.K 6061型铝合金 155 W/m.K 1070型铝合金 226 W/m.K 黄铜30%Zn 109 W/m.K 1050型铝合金 209 W/m.K 钢0.5%C 54 W/m.K 6063型铝合金 201 W/m.K 青铜25%Sn 26 W/m.K 金和银的导热性能比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了，不过铜片也有缺点：造价高、重量大、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的CPU风冷散热器一般采用铝合金制作。 最好的散热材料并不是铝材。是银，接着是铜，金，再者就是铝。至于金和银，散热固然好，可是它的成本高，制作工艺复杂，最主要的还是成本问题，所以这两种材料是商家不大认同的。 至于铜，目前市场上也不断的出现了纯铜的散热器，采用纯铜的材料并不见得好，铜的导热性能比起铝要快的多，但铜的散热没有铝快，铜可以快速的把热量带走，但无法在短时间内把本身的热量散去，这就很有可能造成在PC关机时热量在短时间内散不去，在CPU上方形成一个无形的热源。另外铜的可氧化性这是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，从导热和散热方面都会大大的下降。
本科课程论文 题目特种加工 学院工程技术学院 专业机械制造及其自动化 年级2014 学号 姓名 指导教师 成绩_____________________ 2016年11 月16 日
目录 摘要 (1) 1前言 (1) 2塑料的利弊 (1) 2.1塑料的优点 (1) 2.1.1耐磨性 (1) 2.1.2密度与比强度 (1) 2.1.3热性能 (2) 2.1.4电性能 (2) 2.1.5耐腐蚀性能 (2) 2.1.6塑料的加工 (2) 2.2塑料的缺点 (3) 2.2.1强度 (3) 2.2.2热性能 (3) 2.2.3耐气候性能 (3) 2.2.4废旧塑料的处理 (3) 3塑料的可持续发展 (4) 3.1废旧塑料回收现状 (4) 3.1.1填埋处理 (4) 3.1.2焚烧处理 (4) 3.1.3再生颗粒技术 (4) 3.2废旧塑料回收新型技术 (5) 3.2.1简单再生技术 (5) 3.2.2改性再生技术 (5) 3.2.3燃料热能利用技术 (5) 3.2.4裂解单体化技术 (5) 3.3我国废旧塑料回收利用领域的现状 (6) 4结束语 (6)
摘要：本文将对塑料的利弊进行分析，阐述塑料作为有机高分子材料对人类生产和生活的影响，在如今追求环保的时代大趋势下，向读者分析说明塑料走可持续发展路线的可行性和优越性。 关键词：塑料环保可持续发展 1.前言 作为常用的材料品种，塑料的应用越来越广泛。生活中如纽扣，雨衣雨靴，头盔；食品包装袋，餐具；灯具，桌椅；自行车零部件，汽车零部件等等……除了贯穿人们的衣食住行，在生产制造方 面塑料也有着极为重要的作用，在农业中作地膜，管道、喷头等；在机械制造业中作结构件、传动件、摩擦磨损件、耐蚀件、绝缘件、软饰件等；在化学工业中作各种管道、容器、泵、阀门等；在 电子、电气工业上作电机、变压器、绝缘包线、电线、电缆等原件；甚至在国防和航空航天工业中 也成为了不可缺少的材料。 随着时代的发展，生产力的增强，塑料的种类和生产工艺也越来约丰富多样。然而在满足人们 生活生产的需求之际，塑料的某些弊端亦逐渐开始暴露。其中最主要的就是废弃塑料的处理问题最 为严重。生产方便，应用广泛的塑料同时也带来了十分严重的污染问题。人类为了追求社会、文化 的发展已经令我们的地球家园千疮百孔，如今环保、可持续才是我们时代的主题、科技文明的发展 方向。 因此对塑料可持续发展的对策进行研究的任务迫在眉睫，也是我们文章接下来要探究的主要内容。 2.塑料的利弊 2.1塑料的优点 2.1.1耐磨性 塑料的硬度比金属低，但它的耐摩擦磨损性能却远优于金属，这是因为塑料的摩擦系数比较低。同时，有许多塑料，如聚四氟乙烯、尼龙等，本身就具有自润滑性能，因此它是制造轴承、保持架、活塞环等一类摩擦磨损零件的好材料。用塑料制成的零件，可以在各种液体摩擦、边界摩擦甚至干 摩擦的条件下有效地工作。 2.1.2密度与比强度
材料导热系数表 金属导热系数表（W/mK) 热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银429 铜401 金317 铝237 铁80 锡67 铅34.8 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石2300 silver 银429 cooper 铜401 gold 金317
aluminum 铝237 各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布50 0.09 落叶松木0 0.13 木屑50 0.05 普通松木45 0.08～0.11 海砂20 0.03 杨木100 0.1 研碎软木20 0.04 胶合板0 0.125 压缩软木20 0.07 纤维素0 0.46 聚苯乙烯100 0.08 丝20 0.04～0.05 硫化橡胶50 0.22～0.29 炉渣50 0.84 镍铝锰合金0 32.7 硬质胶25 0.18 青铜30 32～153 白桦木30 0.15 殷钢30 11 橡木20 0.17 康铜30 20.9 雪松0 0.095 黄铜20 70～183 柏木20 0.1 镍铬合金20 12.3～171 普通冕玻璃20 1 石棉0 0.16～0.37 石英玻璃4 1.46
纸12 0.06～0.13 燧石玻璃32 0.795 皮棉4.1 0.03 重燧石玻璃12.5 0.78 矿渣棉0 0.05～0.14 精制玻璃12 0.9 毡0.04 汽油12 0.11 蜡0.04 凡士林12 0.184 纸板0.14 “天然气”油12 0.14 皮革0.18～0.19 甘油0 0.276 冰2.22 煤油100 0.12 新下的雪0.1 蓖麻油500 0.18 填实了的雪0.21 橄榄油0 0.165 瓷1.05 已烷0 0.152 石蜡油0.123 二氯乙烷0.147 变压器油0.128 90%硫酸0.354 石油0.14 醋酸18 石蜡0.12 硝基苯0.159 柴油机燃油0.12 二硫化碳0.144 沥青0.699 甲醇0.207 玄武岩2.177 四氯化碳0.106 拌石水泥1.5 三氯甲烷0.121 花岗石2.68～3.35 氨气* 0.022 丙铜0.177 水蒸汽* 0.0235～0.025 苯0.139 重水蒸汽* 0.072
瓷器（25摄氏度）约为1.5 W/m.K 材料/物质热导率- k - W/(mK) 丙酮0.16 乙炔（气）0.018 压克力0.2 空气，（气）0.024 酒精0.17 铝250 氧化铝30 氨（气）0.022 锑18.5 氩气（天然气）0.016 石棉水泥板0.744 石棉水泥板0.166 石棉水泥 2.07 石棉，松散0.15 石棉板轧机0.14 沥青0.75 筏0.048 沥青0.17 苯0.16 铍218 高炉煤气（天然气）0.02 黄铜109 砖致密 1.31 砖0.69 镉92 碳 1.7 Carbon dioxide (gas)二氧化碳（气体）0.0146 0.0146 Cement, portland水泥，波特兰0.29 0.29 Cement, mortar水泥，砂浆 1.73 1.73 Chalk粉笔0. 0。09 09 Chlorine (gas)氯（气）0.0081 0.0081 Chrome Nickel Steel (18% Cr, 8 % Ni)铬镍钢（18％铬，8％镍）16.3 16.3 Clay, dry to moist粘土，干到湿0.15 - 1.8 0.15 - 1.8 Clay, saturated粘土，饱和0.6 - 2.5 0.6 - 2.5 Cobalt钴69 69 Concrete, light混凝土，轻质0.42 0.42 Concrete, stone水泥，石头 1.7 1.7 Constantan康铜22 22 Copper铜401 401 400 400 398 398 Corian (ceramic filled)可丽耐（陶瓷填充） 1.06 1.06
热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 34.8 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317 aluminum 铝 237
各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布 50 0.09 落叶松木 0 0.13 木屑 50 0.05 普通松木 45 0.08～0.11 海砂 20 0.03 杨木 100 0.1 研碎软木 20 0.04 胶合板 0 0.125 压缩软木 20 0.07 纤维素 0 0.46 聚苯乙烯 100 0.08 丝 20 0.04～0.05 硫化橡胶 50 0.22～0.29 炉渣 50 0.84 镍铝锰合金 0 32.7 硬质胶 25 0.18 青铜 30 32～153 白桦木 30 0.15 殷钢 30 11 橡木 20 0.17 康铜 30 20.9 雪松 0 0.095 黄铜 20 70～183 柏木 20 0.1 镍铬合金 20 12.3～171 普通冕玻璃 20 1 石棉 0 0.16～0.37 石英玻璃 4 1.46 纸 12 0.06～0.13 燧石玻璃 32 0.795 皮棉 4.1 0.03 重燧石玻璃 12.5 0.78
90个非金属材料的性能指标， 原材料的质量指标中，经常会遇到一些术语，准确理解它的含义，有助于更好地掌握原材料的性能。现列出部分常用的名词术语。 1 密度与相对密度(Density and relative density) 密度是指物质单位体积内所含的质量，简言之是质量与体积之比，其单位是百万克／米3(Mg／m3)或千克／米3(kg／m3)或克／厘米3(g／cm3)。相对密度亦称密度之比，是指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比，或者是说一定体积的物质在t1温度下的质量与等体积参考物质在t2。温度下的质量之比。常用的参考物质为蒸馏水，并用Dt1/t2或t1/t2表示，为无因次量。 2 熔点与凝固点(Melting point and Freezing point) 物质在其蒸气压下液态—固态达到平衡时的温度称为熔点或凝固点。这是由于固体中原子或离子的有规则排列因温度上升，热运动变得杂乱而活化，形成不规则排列的液体的一种现象，相反的过程即为凝固。对于液体变为固体时的温度常称为凝固点或冰点，与熔点不同之处在于放出热量而不是吸收热量。其实物质的熔点和凝固点是一致的。 3 熔点范围(Melting range) 系指用毛细管法所测定的从该物质开始熔化至全部熔化的温度范围。 4 结晶点(Crystal point) 系指液体在冷却过程中，由液态转变为固态的相变温度。 5 倾点(Pour point) 表示液体石油产品性质的指标之一。系指样品在标准条件下冷却至开始停止流动的温度，也就是样品冷却时还能倾注时的最低温度。 6 沸点(Boiling point) 液体受热发生沸腾而变成气体时的温度。或者说是液体和它的蒸气处于平衡状态时的温度。一般来说，沸点越低，挥发性越大。 7 沸程(Boiling range) 在标准状态下(1013．25hPa，0℃)，在产品标准规定的温度范围内的馏出体积。
常见材料导热系数全 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力，又称为热导率，单位为W/mK。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。不同成分的导热率差异较大，导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大。单粒物料的导热性能好于堆积物料。 稳态导热：导入物体的热流量等于导出物体的热流量，物体内部各点温度不随时间而变化的导热过程。 非稳态导热：导入和导出物体的热流量不相等，物体内任意一点的温度和热含量随时间而变化的导热过程，也称为瞬态导热过程。 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米·度 导热系数与材料的组成结构、密度、、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。 通常把导热系数较低的材料称为(我国国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于(m·K)的材料称为保 温材料），而把导热系数在瓦/米摄氏度以下的材料称为高效保温材料。 导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时，物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差，随导热系数增大而减小。锅炉炉管在未结水垢时，由于钢的导热系数高，钢管的内外壁温差不大。而钢管内壁温度又与管中水温接近，因此，管壁温度（内外壁温度平均值）不会很高。但当炉管内壁结水垢时，由于水垢的导热系数很小，水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大，从而把管壁金属温度迅速抬高。当水垢厚度达到相当大（一般为1~3毫米）后，会使炉管管壁温度超过允许值，造成炉管过热损坏。对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲，则要求导热系数越低越好。一般常把导热系数小于0。8x10的3次方瓦/（米时·摄氏度）的材料称为保温材料。例如石棉、珍珠岩等 填缝导热材料有:导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。主要作用是填充发热功率器件与散热片之间的缝隙，通常看似很平的两个面,其实接触面积不到40%,又因为空气是不良导热体，导热系数仅有,填充缝隙就是用导热材料填充缝隙间的空气. 傅力叶方程式： Q=KA△T/d,
材料导热系数的测量 导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一，在工程技术方面是必不可少的。所以对导热系数的研究和测量就显得很有必要。金属材料的导热起主要作用的是自由电子的运动，无机非金属材料的导热则是通过晶格结构的振动（声子）来实现。目前测量导热系数的方法都是建立在傅立叶导热定律的基础上的，分为稳态法和动态法。本实验介绍用稳态法，稳态法是通过热源在样品内部形成稳定的温度分布后，再进行测量的方法。 一、实验目的 1. 了解稳态法测无机非金属材料的导热系数的方法； 2. 掌握KY-DRX-RW 型导热系数测试仪的硬件和软件操作规程； 3. 利用测试仪测量石英、陶瓷两种材料的导热系数。 二、实验仪器 上海实博实业有限公司生产的KY-DRX-RW 型导热系数测试仪，主要由测试头、电器测控系统、冷却恒温水槽、计算机系统组成。各部件接线如图所示。 测试头由加热器、连接样品的上下热极、冷却器、测量热电偶、加压系统组成。加热器采用不锈钢材料加工而成，内装内热式加热器，由高精度数显温控表控温，提供稳定的热极温度。上下热极由不锈钢制成，表面安装有热电偶，热极的作用是传递热量和测量热量。冷却器也是不锈钢材料加工而成，内有水槽，通过管导与外恒温水槽相连，利用外恒温水槽与冷却器的水循环，在冷却器中形成第二恒温场，提供上热极冷端稳定温度。测量热电偶由4支组成，分别测量上下热极表面的4个温度点，利用温度梯度计算热流量。加压系统用于消除试样与热 升降手柄 电脑 显示器 水管 通讯线缆 电源220V 恒温槽 测试主机背面 电器测控系统
极的热阻。 三、实验原理 当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导现象。对于各向同性的物质，在稳定传热状态下有傅立叶定律： t S dx dT Q ??-=?λ 比例系数称导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1·开－1（W·m -1·K -1）。 本实验采用的是稳态法测量导热系数。试样被夹在两金属块之间，加压系统是经由一个升降压板和弹簧加压。加热单元是由铜或是其他高导热性的材料构成的，且包含有套筒或是相似的加热线圈。它用热绝缘材料（环氧FR －4）与周围的保温加热器相隔离。绝缘材料为5mm 厚度。保温加热器不受压力，以确保所有的测量能量都传到高测量棒上。测量棒是由高热导性材料构成，并且具有平行的工作表面。冷却单元是一个金属盒，由恒温池对其冷却。实验时，一方面加热单元直接将热量通过样品下平面传入样品，另一方面冷却单元使传入样品的热量不断由样品的上平面散出，当传入的热量等于散出的热量时样品处于稳定导热状态，这时样品的上下平面的温度分别为一定的数值。此时，通过样品厚度、半径、温度梯度与通过样品的热流便可计算导热系数。 具体计算过程如下： 1、流过待测样品的热流 )(*2112 12 T T Q d A -*= λ )(*4334 34 T T Q d A -*= λ Q 12 ：流过下热极的热流，W Q 34 ：流过上热极的热流，W λ 12 ：下热极材料的热导，W/m·K λ34：上热极材料的热导，W/m·K T T 2 1 -：下热极两个热电偶的温差 T T 4 3 -：上热极两个热电偶的温差 A ：垂直于热流方向的热极截面积，m 2 d ：热极两温差电偶的距离，m 公式中 λ12 ＝ λ34 ＝ 18.5 W/m·K；d = 0.05 m ；热极直径为30mm
常用建筑材料的导热系数及密度 名称导热系数[W/（m.K）] 密度[Kg/m3] 普通混凝土 钢筋混凝土 1.74 2500 碎石混凝土1 1.51 2300 碎石混凝土2 1.28 2100 轻集料混凝土炉渣混凝土1 1 1700 炉渣混凝土2 0.76 1500 炉渣混凝土3 0.56 1300 水泥焦渣1 0.67 1050 水泥焦渣2 0.53 1050 水泥焦渣3 0.42 1050 砌体混凝土单排孔砌块190 1.020 1200 混凝土双排孔砌块190 0.680 1300 加气混凝土1 0.22 700 加气混凝土2 0.19 500 灰砂砖砌体 1.10 1050 炉渣砖砌体0.87 1050 烧结多孔砖0.58 砂浆 水泥砂浆0.93 1800 水泥石灰砂浆（混合砂浆）0.87 1700 石灰砂浆0.81 1600 石灰石膏砂浆0.76 1500 保温砂浆0.29 800 保温材料聚苯板（含钢丝网架聚苯板）0.041 18~22 挤塑板0.030 25~32 胶粉聚苯颗粒保温浆料0.060 ≤250（干）珍珠岩0.07-0.09 聚氨酯0.024 30（外墙），35（屋面）岩棉矿棉玻璃棉板（毡）0.05 ≤80 岩棉矿棉玻璃棉板（毡）0.045 80~200 泡沫玻璃0.058 140 松散材料 锅炉渣0.29 1000 高炉炉渣0.26 900 粉煤灰0.23 1000 粘土夯实粘土 1.16 2000 轻质粘土0.47 1200 石材花岗岩 3.49 2800 大理石 2.91 2800 玻璃平板玻璃0.76 2500 注：1.抗裂砂浆薄抹面层及饰面层不参与热工计算。 2.小型混凝土空心砌块的传热系数参见02J102-2（已含内外表面换热阻）。
关于橡胶复合材料的导热特性 1、橡胶的导热系数 天然橡胶硫化胶0.15~0.21 W/(m℃)天然橡胶硬质胶0.15~0.17 W/(m℃) 丁苯橡胶0.19 W/(m℃)氯丁橡胶0.19 W/(m℃) 氯丁橡胶硫化胶0.21 W/(m℃)丁基橡胶0.09 W/(m℃) 丁腈橡胶0.25 W/(m℃)硅橡胶0.27 W/(m℃) 2、轮胎橡胶材料导热系数 (何燕等,轮胎橡胶材料导热系数的测定及分析,橡胶工业，2004年第51卷) 轮胎橡胶材料导热系数的测试结果如图2所示。从图2可以看出以下规律。 (1) 轮胎不同部位橡胶材料的导热系数随温度变化而改变,并且在本试验所研究的温度范围(20～80 ℃) 内,两者呈线性关系。 不同橡胶材料的导热系数随温度变化的经验关系式: λ = λ0 + bθ 式中λ0 -室温下试样的导热系数; b -与材料性质有关的温度系数。λ0和b 的测试值如表1 所示。 结论： 通过对轮胎不同部位橡胶材料导热系数的研究发现,用稳态法测量橡胶材料的导热系数是一种科学、可靠的方法,此方法所用试验装置简单,操作方便。本试验所得数据准确、可靠,为轮胎设计进一步计算,特别是为轮胎温度场的计算提供了可靠的依据。 轮胎各部位的受力情况及生热机理不同,在胶料配方中应分别加以考虑,本试验所测导热系数的数据也正好与轮胎实际相吻合。 3、轮胎各部位胶料在不同温度下的导热系数 （刘丽等，轮胎胶料的导热系数测定及误差分析，轮胎工业2006年第26卷） 采用稳态法测量轿车轮胎和航空轮胎各部位胶料在不同温度下的导热系数。测量结果
表明, 轿车轮胎在20~ 80℃、航空轮胎在20~ 110℃范围内, 轮胎各部位胶料的导热系数与温度呈线性关系; 轿车轮胎胎侧胶导热系数较大, 胎面基部胶导热系数较小, 航空轮胎胎侧胶导热系数较大, 胎面胶导热系数较小。试验时采取使设备和试样充分干燥、以石棉做绝热材料、保持冰端温度等措施, 可使试验误差小于4%。 图3和4分别示出了轿车轮胎和航空轮胎不同部位胶料的关系曲线。 4、充填炭黑硫化橡胶的导热系数 （崔琪等，炭黑用量及硫化对橡胶导热系数的影响，CHINA RUBBER（中国橡胶）2006年，第22 卷第18 期）
目前市面上散热风扇所使用的散热片材料几乎都是铝合金，只有极少数是使用其他材料。事实上，铝并不是导热系数最好的金属，效果最好的是银，其次是铜，再其次才是铝。但是银的价格昂贵，不太可能拿来做散热片；铜虽笨重，但散热效果和价格上有优势，现在也逐步用来做散热片了；而铝的重量非常轻，兼顾导热性和质量轻两方面，因此，才普遍被用作电子零件散热的最佳材料。铝质散热片并非是百分之百纯铝的，因为纯铝太达于柔软，所以都会加入少量的其他金属，铸造而成为铝合金，以获得适当的硬度，不过铝还是占了约百分之九十八左右。 导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，银的导热系数最高（表），但成本高；纯铜其次，但加工不容易。在风冷散热器中一般用6063T5 铝合金，这是因为铝合金的加工性好（纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工）、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接触热阻会大量产生，反而影响散热效果。 各种常用金属材料及铝合金导热系数 材料名称导热系数材料名称导热系数 银99.9% 411 W/m.K 硬铝 4.5%Cu 177 W/m.K 纯铜398 W/m.K 铸铝 4.5%Cu 163 W/m.K 金315 W/m.K Mg,0.6%Mn 148 W/m.K 纯铝237 W/m.K 6061 型铝合金155 W/m.K 1070 型铝合金226 W/m.K 黄铜30%Zn 109 W/m.K 1050 型铝合金209 W/m.K 钢0.5%C 54 W/m.K 6063 型铝合金201 W/m.K 青铜25%Sn 26 W/m.K 金和银的导热性能比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了，不过铜片也有缺点：造价高、重量大、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的CPU 风冷散热器一般采用铝合金制作。 最好的散热材料并不是铝材。是银，接着是铜，金，再者就是铝。至于金和银，散热固然好，可是它的成本高，制作工艺复杂，最主要的还是成本问题，所以这两种材料是商家不大认同的。 至于铜，目前市场上也不断的出现了纯铜的散热器，采用纯铜的材料并不见得好，铜的导热性能比起铝要快的多，但铜的散热没有铝快，铜可以快速的把热量带走，但无法在短时间内把本身的热量散去，这就很有可能造成在PC关机时热量在短时间内散不去，在CPU上方形成一个无形的热源。另外铜的可氧化性这是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，从导热和
金属导热系数表（W/mK)： 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 常用材料导热系数(20℃)——λ(w/晨怡热管 2008-5-2 15:03:49 名称λ(w/ F4、F46 ~ 聚苯乙烯 PVC ~ PP ~ PE 有机玻璃~ 泡沫 木材 (横) ~ (纵) 散珍珠岩~ 水泥珍珠岩~ 石棉 混凝土 85%MgO 玻璃~ 水垢~ 搪瓷~ 耐火砖 普通砖~ 银419 锌112 钛 锡 64
铅 35 镍 90 钢36~54 铸铁42~90 钝铜381 黄铜118 青铜 71 纯铝218 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 铸铝138~147 不锈钢17 空气 温度 [10^-2(w/] 100K 150K 200K 250K 300K 350K 400K 水 温度w/ 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃ 80℃ 水蒸汽 硫酸
5~25% ~ 25~50% ~ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 导热系数导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度（W/m?K,此处的K可用°C代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。 通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在瓦/米?度以下的材料称为高效保温材料。 金属的热传导系数表： 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/ diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317 aluminum 铝 237 各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布 50 落叶松木 0 木屑 50 普通松木 45 ～ 海砂 20 杨木 100 研碎软木 20 胶合板 0 压缩软木 20 纤维素 0 聚苯乙烯 100 丝 20 ～ 硫化橡胶 50 ～炉渣 50
山 东 大 学 学生物理实验报告 实验项目：不良导体导热系数测量方法及仪器 完成人：韩益洪 学号：201300181051 学院：电气工程学院
前言 本文介绍了导热系数测量的基本理论与定义，热线法、激光法、动态测量法等几类测量方法的原理与应用，以及德国耐驰公司（NETZSCH）的相关仪器。 在某些应用场合，了解材料的导热系数，是测量其热物理性质的关键。例如，耐火材料常被用作炉子的衬套，因为它们既能耐高温，又具有良好的绝热特性，可以减少生产中的能量损耗。航天飞机常使用陶瓷瓦作挡热板。陶瓷瓦能承受航天飞机回到地球大气层时产生的高温，有效防止航天器内部关键部件的损坏。在现代化的燃气涡轮电站，涡轮的叶片上的陶瓷涂层（如稳定氧化锆）能保护金属基材不受腐蚀，降低基材上的热应力。有效的散热器能保护集成电路板与其它电子设备不受高温损坏，散热材料已经成为微电子工业领域关键材料。 在过去的几十年里，已经发展了大量的导热测试方法与系统。然而，没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域，反之对于特定的应用场合，并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于材料的导热系数范围与样品特征，选择正确的测试方法。 1.热线法测量不良导体导热系数 用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使用的方法，国家对此制定了标准——“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297-1998）。基本原理如图1所示，在匀质均温的物体内部放置一电阻丝，即热线，对其以恒定功率加热时，热线及其附近试样的温度将随时间变化。根据时间与温度的变化关系，可以确定该试样的导热系数。[1] [原理简述] 由热传导理论[2]可知，恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时，可以用一维柱坐标系的 热传导方程对物体的温度场进行描述：（1）边界条件为： 根据热传导方程和边界条件得到：其中各物理量含义为，t：热线的加热时间，单位为s；r：距热线的距离，单位为m；q：热线单位 长度的加热功率，单位为W/m；：加热时间t，距离热线距离r处的温升，单位为K；α：试样的热扩散率，单位为m2/s；λ：试样的导热系数，单位为W/（m·K），对于非金属固体材料，该系数一般小于2 W/（m·K）。 假设，即r→0或αt→∞，利用Euler公式，忽略展开后二次项以后
一、高导热率复合材料 1、导热非绝缘塑料 1）金属粉填充 一般有Cu、Ni、Sn、Al粉和填充的PVC、HDPE、PP、碳纤维(CF)或环氧树脂(EP)基体及固化剂的填充。填料体积渗滤临界值取决于粒子形状和粒子在树脂中的空间分布，与填充因子呈线性关系；填充因子决定着材料的导热系数，它包含了材料中填料空间布局及粒子形状对导热系数的影响；由于材料内部的多孔性，在接近填充极限时很难实现材料的高导热性。 复合材料的热导率随着金属粉末含量增加而增加，当金属含量低于10%时，材料的热导率缓慢增加，当体积份数大于30%时，含铜粉的材料热导率高于含锡粉的材料；同时还研究了铜粉体积份数为40%时，材料的热导率与颗粒直径关系，实验表明当铜粉直径为40～60μm时，材料热导率较高。 但是目前这类的研究一般只得到小于10W/m.K的导热复合材料。 2）石墨及CF填充 有研究结果表明，用热导率高、粒径小的石墨对聚丙烯进行填充改性，可以显著提高复合材料的热导率，当石墨质量百分含量为45％时，石墨/PP复合材料的热导率达到129W/（m·K），是纯聚丙烯树脂的6倍多；但流动性能和力学性能有所下降。 西安交大的井新利研究了天然鳞片状的石墨填充EP的导热及力学性能。发现单独使用过粗或过细的石墨都不利于改善加工工艺性，而将几种不同细度的石墨搭配使用则有比较好的效果，搭配可使材料中石墨的堆砌更致密，能提高导热系数。当石墨为60％时，导热系数达10 W/(m·K)，比纯EP提高了约50倍。钱欣等研究了石墨填充改性酚醛的导热行为。发现石墨含量并不是越大越好，呈现先慢增后快增然后再慢增甚至不变的情况。张舜喜研究了石墨、炭黑填充PE 的导热、力学性能。发现随石墨填充量增多，导热系数明显增加，在50％用量时，导热系数达47.4 W/(m·K)；石墨粒子大小对PE性能也有影响，石墨粒子小，弯曲弹性模量、冲击性能高，反之就低；偶联剂增强了石墨与树脂间的界面粘合力，使制品具有实用价值。 Chen Yumao等研究了CF增强EP复合材料的导热性能。CF体积分数为56％时，首次制得了导热系数达695W/(m·K)的树脂基复合材料，材料密度为1.48g/cm3。引入CF大大降低了材料的线胀系数。 此外，研究将基体采用导电有机物，对导热复合材料的导电性有不少帮助。导电有机物通常是指聚乙炔、聚亚苯基硫醚、聚噻吩等。用导电有机物做填料可以改善材料的相容性、加工性和导热性能，并可以减小材料的密度。但导电有机物质在不纯的情况下将成为绝缘体。 2、导热绝缘塑料 1）SiC、金属氧化物及混合填料填充 将酚醛树脂粉末与SiC、MgO、BeO、石墨或B4C5、玻璃纤维(GF)等捏合、混炼、连续递出，所制得的材料导热系数大于34.8 W/(m·K)。采用纳米颗粒能较大的提高制品的力学性能,此外，纳米粒子还能提高填充后材料的耐疲劳性。 2）金属氮化物填充 在金属氮化物中，一般选用AlN、BN两种氮化物。AlN、BN因导热系数高在导热塑料中得到广泛应用。AlN最大填充量为78.5％(体积比)时，导热系数为32.5 w/(m·K)。含88％BN时体系的导热系数为32.5 w/(m·K)。美国先进陶瓷
作品编号：DG13485201600078972981 创作者：玫霸* 目前市面上散热风扇所使用的散热片材料几乎都是铝合金，只有极少数是使用其他材料。事实上，铝并不是导热系数最好的金属，效果最好的是银，其次是铜，再其次才是铝。但是银的价格昂贵，不太可能拿来做散热片；铜虽笨重，但散热效果和价格上有优势，现在也逐步用来做散热片了；而铝的重量非常轻，兼顾导热性和质量轻两方面，因此，才普遍被用作电子零件散热的最佳材料。铝质散热片并非是百分之百纯铝的，因为纯铝太达于柔软，所以都会加入少量的其他金属，铸造而成为铝合金，以获得适当的硬度，不过铝还是占了约百分之九十八左右。 导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，银的导热系数最高(表)，但成本高；纯铜其次，但加工不容易。在风冷散热器中一般用6063T5铝合金，这是因为铝合金的加工性好(纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工)、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接触热阻会大量产生，反而影响散热效果。 各种常用金属材料及铝合金导热系数 材料名称导热系数材料名称导热系数 银99.9% 411 W/m.K 硬铝4.5%Cu 177 W/m.K 纯铜398 W/m.K 铸铝4.5%Cu 163 W/m.K 金315 W/m.K Mg,0.6%Mn 148 W/m.K 纯铝237 W/m.K 6061型铝合金155 W/m.K 1070型铝合金226 W/m.K 黄铜30%Zn 109 W/m.K 1050型铝合金209 W/m.K 钢0.5%C 54 W/m.K 6063型铝合金201 W/m.K 青铜25%Sn 26 W/m.K 金和银的导热性能比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了，不过铜片也有缺点：造价高、重量大、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的CPU 风冷散热器一般采用铝合金制作。