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導熱矽膠片導熱系數的三種測試方法

發布時間:2017-06-28 11:11:45來源:熱設計網浏覽次數: 1580

行業内都知道導熱矽膠片有多種導熱系數,不同的導熱系數表示不同的導熱性能,導熱系數是物質導熱強弱的重要參數,那麼怎麼來測試其導熱系數呢,目前在導熱矽膠片行業中導熱系數及其導熱性能測試方法中主要有三種主流方法:熱闆法(Hot Plate)/熱流計法(Heat Flow Meter)、激光散光法(Laser Flash)和Hot Disk(TPS技術)。

1. 熱闆法(Hot Plate)/熱流計法(Heat Flow Meter)穩态法,原理是Fourier傳熱方程式計算法:
 dQ=-λdA·dt/dn
 其中:式中 Q-----導熱速率,w;
       A------導熱面積,m2;
       dt/dn-----溫度梯度,K/m;
       λ------導熱系數,w/m·K;
  測試過程中對樣品施加一定的熱流量,測試樣品的厚度和在熱闆/冷闆間的溫度差,得到樣品的導熱系數,測試過程中需要樣品為常規形狀的大塊體以獲得足夠的溫度差。誤差來源:熱闆/冷闆中的樣品沒有很好的進行保護,存在一定的熱損失。測溫元件是熱電偶,将熱闆/冷闆間隙的界面影響都計算在内。第一個誤差來源令這個方法不适合導熱系數>2W/mK的樣品,熱損失太大,而且溫度越高,誤差越大。第二個誤差來源實際是将接觸熱阻也計算在内,溫度差偏大,因此實際測得的導熱系數偏低。另外,這一方法隻能提供導熱系數的數據,精度為5%。

2. 激光散光法(Laser Flash)
 瞬态法,其原理是一束激光打在樣品上表面,用紅外檢測器測下表面的溫度變化,實際測得的數據是樣品的熱擴散率,通過與标準樣品的比較,同時得到樣品的密度和比熱,通過Cp=λ/H, H----熱擴散系數,m2/s;λ----導熱系數,w/m·K;Cp----體積比熱,J/m3·K,并通過數據計算得到樣品的導熱系數。此測試方式優點是快速,非接觸法,适合高溫,高導熱樣品,但不适合多層結構、塗層、泡沫、液體、各向異性材料等。原因是激光法測試的是熱擴散率,數學模式建立在各向同性材料的基礎上,如為多層結構、塗層,或樣品存在吸收/輻射,則測得樣品的比熱出現較大偏差。另外,還需要用其他方法測得密度,才能折算為導熱系數,增加了誤差的來源。通常,激光脈沖法精度為熱擴散率3%,比熱7%,導熱系數10%。

3、Hot Disk(TPS技術)
  樣品尺寸:固體:直徑或邊長大于2mm,厚度大于0.5mm(2個一模一樣),樣品可以為不規則形狀,隻要上下表面平整即可;導熱系數範圍: 0.005―500 W/mK 。溫度範圍: 室溫 ― 700°C,測試原理:瞬變平面熱源技術(TPS),測試模塊:基本、薄膜、平闆、各向異性、單面、比熱。探頭尺寸:2-29.40 mm 。

不同的材料選擇不用的測試方法,以盡量減少誤差,确保導熱材料的物盡其用。