材料的热导率测试方法

导热系数检测内容及方法（1）防护热板法检测导热系数本方法适用于处于干燥状态下单一材料或者复合板材等中低温导热系数的测定。

依据标准：《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T10294-88原理：在稳态条件下，防护热板装置的中心计量区域内，在具有平行表面的均匀板状试件中，建立类似于以两个平行匀温平板为界的无限大平板中存在的一维恒定热流。

为保证中心计量单元建立一维热流的准确测量热流密度，加热单元应分为在中心的计量单元和由隔缝分开的环绕计量单元的防护单元。

并且需有足够的边缘绝热或（和）外防护套，特别是在远高于或低于室温下运行的装置，必须设置外防护套。

通过测定稳定状态下流过计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积A、试件冷、热表面的温度差/T,可计算出试件的热阻R 或热导率CA（C1试验仪器：1.1平板导热仪(1)导热系数测定范围：(0∙020~L000)W∕(m∙K)(2)相对误差：±3%(3)重复性误差：±2%(4)热面温度范围：(0-80)℃(5)冷面温度范围：(5~60)℃1.2、钢直尺1.3、游标卡尺2、试件要求：1)尺寸试件测量范围：30OmmX30OnInIXI(10~38)mm试件的表面用适当方法加工平整，使试件与面板紧密接触，刚性试件表面应制作的与面板一样平整，并且整个表面的不平行度应在试件厚度的±2%。

试件的尺寸应该完全覆盖加热单元的表面，由于热膨胀和板的压力，试件的厚度可能变化，在装置中在实际的测定温度和压力下测量试件厚度。

热敏感材料不应暴露在会改变试件性质的温度下，当试件在实验室空气中吸收水分显著(如硅酸盐制品)，在干燥结束后尽快将试件放入装置中以避免吸收水分。

3、试件加工试验前，将试件加工成30OnlnI(长)×300mm(宽)的正方形，并且保证冷热两个传热面的平行度，特别是硬质材料的试件，如果冷热两个测试面不平行，这种情况下必须将试件磨平后才能做实验。

实验7 用球体法测量导热系数实验一、实验目的1． 学习用球体法测定粒状材料导热系数的方法。

2． 了解温度测量过程及温度传感元件。

二、实验原理1.导热的定义；导热是指物体内的不同部位因温差而发生的传热，或不同温度的两物体因直接接触而发生的传热。

2.温度场非稳态t=f （x,y,z,ι） 稳态t=f(x,y,z) 一维稳态t=f(x)上式中x,y,z 为空间坐标，ι为时间 3温度梯度等温面法向温度增量△t 与距离 n 的极限比值的极限。

即： grad ntn n t t n t ∂∂=∆∆=→∆lim。

4傅里叶定律 热流密度 Q=-λn t ∂∂=-λdxdtQ=mw5．导热系数λ=-dxdt q λ;为导热系数，w/m.k6.影响λ 的因素1），温度、密度、湿度及材料的种类的等因素。

2)， 与温度呈线性关系()bt m +=10λλ7.球体法适用于测定颗粒状(或粉末)材料的导热系数。

如图7—1所示。

热导率是表征材料导热能力的物理量，其单位为W/(m ·K)，对于不同的材料，热导率是不同的。

对于同一种材料，热导率还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等）和结构情况。

各种材料的热导率都是专门实验测定出来的，然后汇成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。

球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。

设有一空心球体，若内外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变，根据傅立叶导热定律：drdtr dr dt Aλπλφ24-=-= （1） 边界条件2211t t r r t t r r ====时时 （2）1、若λ= 常数，则由（1）（2）式求得122121122121)(2)(4d d t t d d r r t t r r --=--=πλπλφ[W])(2)(212112t t d d d d --=πφλ [W/(m ·K)] (3)2、若λ≠ 常数，（1）式变为drdtt r )(42λπφ-= （4） 由（4）式，得dt t r dr tt r r ⎰⎰-=2121)(42λπφ 将上式右侧分子分母同乘以（t 2－t 1），得 图7—1 球壳导热过程)()(4121222121t t t t dtt rdr t t r r ---=⎰⎰λπφ (5) 式中1221)(t t dtt t t -⎰λ项显然就是λ在t 1和t 2范围内的积分平均值，用m λ表示即1221)(t t dtt t t m -=⎰λλ，工程计算中，材料的热导率对温度的依变关系一般按线性关系处理，即)1(0bt +=λλ。

导热系数的检测方法有哪些？导热系数是表征材料热传导能力的重要物理参数，是工程材料尤其是窑炉材料的热物理特性之一。

在研究和开发新型耐火材料时，研究人员都很重视导热系数这项技术指标，并在冶金工程材料、建筑中作为选择材料的重要依据之一。

所以，准确测定材料的导热系数至关重要。

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k表示，单位为瓦/（米•度），w/（m•k）（W/m•K,此处的K可用℃代替）。

目前国内测定耐火材料导热系数通常采用平板法和热线法。

但这两种方法均存在测量精度不高，测量范围较窄等不足。

导热系数方法有：激光闪光法和稳态热流法激光闪光法1961年，Parker等开始了利用激光脉冲技术测量材料的热物理性能的研究，由于这种技术具有测量精度高、测试周期短和测试温度范围宽等优点，得到广泛的研究和应用，经过不断发展和完善，目前激光闪射法已经成为一种成熟的材料热物理性能测试方法。

激光闪射法是目前世界上最先进的材料热物理性能测试方法之一，欧美各国的大部分热扩散数据就是用该方法测定的。

本文介绍的激光闪射法导热系数测定方法是通过直接测量材料的热扩散系数、比热容、密度来计算材料的导热系数。

举例石墨纸测试程序：1) 试样的制备：由于耐火材料多为含颗粒原料的材料，具有明显的非均质性和方向性，因此试样的制备对测定结果影响很大，要严格控制试样的直径、厚度和两个端面的平行度。

典型试样为直径为12．7mm或者25.4mm的圆形试样;2) 试样的处理：为了减少耐火材料对激光脉冲的反射，并增加试样表面对激光脉冲能量的吸收，测试前可以在待测试样的两面均匀喷涂石墨涂层。

石墨涂层可以阻止激光射线和可观察波长段热辐射的穿透，在高温阶段能够抵抗激光脉冲的加热而不融化和蒸发，并且不与试样产生反应;3) 试样的安装与测定：试样经过上述步骤的处理后，即可放入仪器中进行测试。

导热系数的测定热传导是热量交换（热传导、对流、辐射）的三种基本方式之一，导热系数（又称热导率）是反映材料热传导性质的物理量，表示材料导热能力的大小。

材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。

在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。

因此，某种材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力及杂质含量有关。

在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。

材料又分为良导体和不良导体两种。

对于良导体一般用瞬态法测量其导热系数，即通过测量正在导热的流体在某段时间内通过的热量。

对于不良导体则用稳态平板法测量其导热系数。

所谓稳态即样品内部形成稳定的温度分布时即为稳态。

本实验就是用稳态法测量不良导体的导热系数。

【实验目的】1. 了解热传导现象的物理过程，巩固和深化热传导的基本理论；2. 学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数；3. 学会用作图法求冷却速率；4. 了解实验材料的导热系数与温度的关系。

【实验原理】1. 导热系数根据1882年傅立叶（）建立的热传导理论，当材料内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传向低温处，这时，在dt 时间内通过dS 面积的热量dQ ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是热导系数，即：dS dzdT dt dQ λ-= （1） 式中dt dQ 为传热速率，dzdT 是与面积dS 相垂直的方向上的温度梯度，负号表示热量从温度高的地方传到温度低的地方，λ是导热系数。

国际单位制中，导热系数的单位为W ·m －1·K －1。

2. 用稳态平板法测不良导体的导热系数设圆盘P 为待测样品，如图1所示，待测样品P 、散热盘B 二者的规格相同，厚度均为h、截面积均为S（42DSπ=，D为圆盘直径），上下两面的温度为1T和2T保持稳定，侧面近似绝热，则根据（1）式可以知道传热速率为：ShTTShTTdtdQ2112-=--=λλ（2）为了减小侧面散热的影响，圆盘P的厚度h不能太大。

低温下材料热导率的研究在物理学和工程领域，热导率是衡量材料传热性能的重要指标。

热导率是指单位时间内材料对热量的传递能力，具体地说，是指单位时间内单位面积、单位温度梯度下的热量传递率。

随着科技进步和人们对于低温应用需求的不断增加，低温下材料的热导率研究显得尤为重要。

一、低温下材料的热导率特性在常温下，我们所熟知的金属、塑料、陶瓷等材料都具有较高的热导率。

这意味着它们能够迅速将热量从高温区域传递到低温区域。

然而，随着温度降低到低温范围，材料的热导率常常出现意想不到的变化。

一些材料在低温条件下表现出非常低的热导率，被称为低温绝缘体。

这类材料在低温下具有较高的电阻率，并且电子的热传导能力极低。

这样的材料常用于超导电子器件的隔热层，以减少热量的传递，从而达到更加稳定的工作状态。

然而，也有一些材料在低温条件下表现出较高的热导率。

这可能是由于材料的结构特性或者其他因素所导致。

了解这些材料的热导率规律能够帮助我们更好地利用这些特性，开发出更高效的低温传热设备。

二、低温下热导率的测量方法测量低温下材料的热导率是一项具有挑战性的任务。

一些经典的热导率测量方法，如热板法或热线法，需要在常温下进行，因为低温环境下实验设备的操作变得困难。

因此，研究者们逐渐开发出适用于低温条件下的测量方法。

一种常用的低温热导率测量方法是红外热像法。

通过使用红外热像仪，可以测量材料在低温下的热辐射情况，并间接得到热导率的信息。

这种方法非常适用于低温下的材料，因为它可以避免对实验环境的影响。

另一种广泛使用的低温热导率测量方法是热容法。

该方法通过测量样品在低温下的温度响应，进而计算材料的热导率。

热容法可以在极低的温度下进行，并且仪器设备相对简单，因此被广泛应用于低温材料热导率研究。

三、低温下材料热导率的应用低温材料的热导率研究不仅具有基础科学意义，还具有广泛的应用前景。

例如，在超导电子器件中，材料的热导率对器件的工作温度和性能起着关键影响。

通过控制材料的热导率，可以提高超导体的制冷效果，提高器件的能量转换效率。

实验稳态法测定材料导热系数实验一．实验目的1．了解热传导现象的物理过程；2．掌握用稳态平板法测量材料的导热系数； 3．学习用作图法求冷却速率；4．掌握用热电转换方式进行温度测量的方法；二．实验原理导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。

热传导定律指出：如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z0 处取一个垂直截面积dS （如图1所示）。

以dT/dz 表示在Z 处的温度梯度，以dQ/dτ 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积dS 的热量），那么传导定律可表示成：(S1-1)图1 导热示意图式中的负号表示热量从高温区向低温区传导，式中比例系数λ即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过单位面积截面的热量。

利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题有两个：一个是在材料内造成一个温度梯度dT/dz ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温区向低温区的传热速率dQ/dτ。

1.温度梯度为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它夹在两块良导体铜板之间（图2）使两块铜板分别保持在恒定温度T1和T2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。

样品厚度可做成h ≤D （样品直径）。

这样，由于样品侧面积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热量是沿垂直于样品平面的方向上传导，即只在此方向上有温度梯度。

由于铜是热的良导体，在达到平衡时，可以认为同一铜板各处的温度相同，样品内同一平行平面上各处的温度也相同。

这样只要测出样品的厚度h 和两块铜板的温度dt dsdT dQ Z⋅-=0)(λ板板图2铜板导热示意图T1、T2 ，就可以确定样品内的温度梯度度 (T1-T2)/h 。

当然这需要铜板与样品表面的紧密接触，无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻，使得温度梯度测量不准确。

实验11 导热系数的测量导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，导热是热交换三种（导热、对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题之一，要认识导热的本质和特征，需了解粒子物理而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理的实验。

材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。

因此，材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。

在科学实验和工程设计中所用材料的导热系数都需要用实验的方法测定。

（粗略的估计，可从热学参数手册或教科书的数据和图表中查寻）1882年法国科学家J•傅里叶奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律基础之上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。

【实验目的】（1）了解热传导现象的物理过程（2）学习用稳态平板法测量材料的导热系数（3）学习用作图法求冷却速率（4）掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法系数。

【实验仪器】YBF-3导热系数测试仪、测试样品（硬铝、橡皮、牛筋、陶瓷、胶木板）、塞尺YBF-3导热系数测试仪面板图：上面板图下面板图dzdTdt dQ h T T 21-【实验原理】为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。

热传导定律指出：如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z0 处取一个垂直截面积dS （如图1）以 表示在Z 处的温度梯度，以 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积dS 的热量），那么传导定律可表示成：(2-1)式中的负号表示热量从高温区向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。

式中比例系数λ即为导热系数,可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时内垂直通过单位面积截面的热量。

阻燃材料的导热性能研究导热性能是衡量材料导热能力的指标之一，对于阻燃材料来说，其导热性能研究显得尤为重要。

本文将探讨阻燃材料的导热性能及其研究方法，以及导热性能对材料阻燃性能的影响。

一、阻燃材料导热性能的意义阻燃材料的导热性能直接影响到材料的散热能力。

优良的导热性能可以迅速将热量从火灾点周围散逸出去，减少火势的蔓延速度，提高阻燃材料的阻燃效果。

因此，深入研究阻燃材料的导热性能对于改善阻燃材料性能具有重要意义。

二、阻燃材料导热性能测试方法1. 热导率测试方法热导率是材料导热性能的主要指标之一。

热导率测试可以通过热源-试样-冷源的热传导模型来测量材料的热导率。

常用的测试方法有横向热导率测试、纵向热导率测试和稳态热导率测试。

通过这些测试方法，可以准确地获得材料的导热性能数据。

2. 热阻测试方法热阻是指材料对热量传导的阻碍能力，是导热性能的逆指标。

热阻测试可以通过测量材料在一定温度差下的温度变化来评估材料的热阻性能。

常见的测试方法有热阻测试仪和热阻测试板等。

这些方法在实验条件下可以准确地得出材料的热阻情况。

三、导热性能对阻燃材料的影响1. 提高材料的导热性能可以增强热量的传导速度，迅速散热，从而阻止火势的蔓延。

2. 导热性能较好的材料可以吸收并分散热能，减少火灾点的温度，降低火灾的危险程度。

3. 导热性能差的阻燃材料在火灾爆发时，热量难以迅速散逸，会导致火势迅速蔓延，加大火灾事故的损失。

四、阻燃材料导热性能优化方法1. 添加热传导材料可以在阻燃材料中添加导热材料，如石墨烯、铝粉等，以提高材料的导热性能。

这样可以迅速将热量从火灾点散逸，增强阻燃效果。

2. 优化材料结构通过调整阻燃材料的孔隙结构，增加热传导的路径，可以提升材料的导热性能。

同时，优化孔隙结构还有利于热量的吸收与散热。

3. 表面处理对阻燃材料进行表面处理，如改变表面粗糙度，使用聚合物包覆等方式，可以增加材料与空气的接触面积，加快热量的传导速度。