导热系数测试仪
时间：2016-04-27 阅读：959
一：仪器概述
该热物性测试仪采用*的瞬变热流法及纵向热流技术，具有方便、快捷、的特点，可用来测量各种不同类型材料的热导率、热扩散率以及热熔，适用的热导系数范围0.015-100W/MK之间，适用样品类型：固体、粉末、涂层、薄膜、液体、各向异性材料等多种不同形式材料。参照标准GB5598-85,GB3399-82,GB11205-89. 适应ASTM D5470，但它也使用热结构-函数分析以使结果更，符合MIL-I-49456A，绝缘片材，导热树脂，热导玻纤等。
该仪器可自动测试薄的导热材料的热阻抗与热导率参数。这些材料一般在电子封装业普遍使用，也可以测试一些软的或硬的、半液体或粘性的材料。热导率是描述材料热传导性能的重要参数。仪器通常可以适应测定热导率范围从高到中等的材料，接触压力范围在10~550psi（70~3800Kpa）手动加压或液压，样品温度范围为15~70℃，也可到600—1000℃，后者需要定制装置。 测试时，样品被箝紧在两个平行的导热面之间（或者选择悬浮式非平行面），一面是加热面，一面是冷却面，所有数据通过计算机测试软件采集并分析输出结果。
二：主要技术参数
1. 样品尺寸：直径50mm，厚度0-50mm
2. 导热系数范围：0.005-40w/MK，精度≤±3%,重复性≤±1%
3．热扩散率测量精度：5%
4.比热测量精度：7%（需配比热测试模块）
5. 温度范围：-40-600摄氏度(精度±1摄氏度)
6. 接触压力范围：50-650kPa （手动）
7. 接触压力精度：±3% （带显示装置时）
8. 样品有效测量厚度：0-9mm
9. 外接循环冷却液
10.配有完整的测试系统及软件平台。
11.操作采用全自动热分析测试软件，快速准确对样品进行试验过程参数分析和报 告输出。
12. 可配接不同的模块接头满足多种环境下的检测。
13．该仪器包含了对薄的电绝缘材料热阻的测试方法。
三：原理简介
热流测量能提供一些只靠温度测量是无法得到的、非常重要而且详 尽的数据，DRX-II系列热流仪因为采用校准装置而使其具备了*精度和准确性。其操作也非常的简便。DRX-II系列热流仪广泛应许多个行业。原理：热流分析基于以下原理：如果一薄片的热传导率为λ（kcal/m•h•℃），厚度为d（m），将其接触在热辐射物表面。当达到平衡后，穿过薄片的热传导强度Q（kcal/m2•h或W/ m2）可由以下公式得出： Q=λ/d ×△T
式中△T＝薄片两边的温度差，λ，d均为已知数据。
主要特点
1. 全自动操作，包括软件
2. 可选固定平行板或悬浮测试板（根据用户需要定）
*3. 自动测定厚度（根据用户需要定）
4. 可选样品---温度控制与温度批测试
* 5. 自动压力控制与压力批测试（根据用户需要定）
* 6. 受控厚度与压力测试模式（根据用户需要定）
7. 标准计算机接口
8. 内置校验程序
9. 坚固的设备支架
所有的测试参数以及过程均通过人机交互图形界面软件控制。接触压力与样品温度可以自动测定与控制，数据显示简单清晰，并绘制热参数对厚度的曲线图。通过这些数据可以决定表面接触热阻以及热导率。测试时间可以自动控制以使时间与精度两者得到权衡。设备需要配置温度控制的循环冷却水浴，以及一台联想台式电脑，用于运行Windows-XP，电脑与测试设备通过接口连接，电源为220VAC/50Hz。
四：数据处理及操作
一：标准测试方法
1：仪器对薄的电绝缘材料热阻的测试方法，可以应用于厚度在0.02～30mm导热性单体或复合片材。“热导”只适用于均质材料。导热绝缘材料通常是复合材料，其中包括：填料、黏合剂、增强剂，例如：玻璃纤维网状结构或是聚合物薄膜铺层。为了避免混乱，使用“表面热导”来衡量均质和非均质材料。计算热导有一限制条件：必须测量试样的厚度。热阻的测量数据受到以下因素影响：相关的压力、试样表面特性和其他的传热方式。
参考文献：
ASTM标准：D374,固体电绝缘材料的厚度测试方法；E691，处理实验室研究的实例，确定测试方法的性。E1225，利用G-C-L热流动技术测量固体热导。
军事标准：MIL-I-49456A，绝缘片材，导热树脂，热导玻纤增强。
标准GB5598-85《氧化铍瓷导热系数测试方法》等。
2：关于试样的定义：
1、平均温度（表面），n-面积测量表示温度
2、复合材料，由不同部分构成的材料，各部分可以对材料的性能贡献是成比例的，或是有协同效应。
3、热加速器/传感器，由绝缘线圈装配组成，可以提供可测量的热量 并可以应用于判断温度。
4、均质材料，材料具有稳定的性能，其性能与材料的位置不成函数关系。
5、热导系数（λ），热导的时速，在稳定条件下，通过单元面积的热流。每单元温度斜率在垂直该面积上。
6、热阻（θ），材料对热流动的阻碍。
7、界面热阻（RI），温度的不同会在试样表面之间的相关扁平面上产生热流动。试样的冷热表面得到了测量。
8、热阻系数，它是热导的倒数。在稳定状态条件下，在与单元热流等温面垂直方向上的斜率。
3：符号的定义
1、λ－热导，W/m·k
2、TA－与试样相关的高温面的温度，K
3、TB－与试样相关的低温面的温度，K
4、TC－试样高温面的温度，K
5、TC－试样低温面的温度，K
6、A－试样面积，m2
7、X－试样厚度，m
8、Q－热流速，W(J)/S
9、q－热流或单位面积上的热流速，W/ m2
10、α－加速器/传感线圈的电绝缘温度系数
11、I－电流，A
12、θ－热阻，K·m2/W
4：测试方法的概要
1、试样被夹在两金属块之间，在一定热作用下压缩。到达平衡时，测量温度。则热阻便可以 计算出。热阻和厚度在技术表面热导时将被用到。
2、这些测试方法测量了低模量绝缘材料的热导性能，这些材料在电器设备中提供了导热性能。
如果低模量材料铺层和测试试样相粘结，且无空气存在，则这些测试方法对高模量材料也是适用的。
3、对于一些试样来说，由于太薄而不适用于温度传感的温差电偶，而该测试方法却很容易得到其热性能数据。该方法还可以避免由于不同压力、表面状况、装配电器设备的技术等带来的困难。
4、实际上，该测试方法有以下假设：1、试样各层相互粘结。2、各层之间没有有效的抗性。在热阻－积累厚度平面图中的斜率是由热导决定的，并没有考虑界面热阻。
5、 该仪器的主要的特征可参考标准上的测试方法图，仪器中使用了一个相关的热量计。可以得到流过试样的热流速率。流经试样的热流速率是由加热器的供电系统测量的。各接触表面处理应在0.4цm之内。这是为了给与试样相接触的测量棒提供的平面。
6、加热单元是由铜或是其他高导性的材料构成的，且包含有套筒或是相似的加圈。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紫铜构成，并且具有平行的工作表面。
7、冷却单元是一个金属盒，由恒温池对其冷却，恒温池的温度变化不能超过±0.2K。
加压系统是经由一个手柄加压。
8、如果试样周围环境需要绝缘，则应使用纤维毯。
9、对于热阻：从测试材料中取出一块，其面积与（长度和宽度）要和测量块一样。根据D374中方法C测量试样的厚度。
10、对表面热导：准备足够的试样来保证所要求的层数。
11、试样条件作用：除非有具体要求，否则试样测量应在一般被承认的条件下测量。在测试前，用适当的不反应溶剂除去试样表面的脏物和明显的间接污染物，为了确保清洁剂的除去，在清洗完后应适当的烘干。
12、试样放于两个测量块之间。
如果使用热量计，则将其置于低测量块与冷却单元之间。
在测试过程中保持该压力。
13、记录测量块的温度和热量计平衡时的温度，在没有使用热量计时记录加热器的电压和电流。 在到达平衡时相隔15min进行两次连续操作的温度记录。两次记录结果的差别应在±0.2K之间。
14、计算试样平均温度和热阻，对单层试样的热阻和测试试样的热阻进行说明。
15、确定多层材料的热阻，当层数增加后应当降低热流以便使多层材料的测试温度和单层材料温度的差别在±2K之间。
- 测试方法的计算
1、热阻
热流的计算应使用热流计，计算流过热流计的热流公式如下：
Q=(λR*A/d )*(T5-T6)
Q：热流，W
λR:热量计材料的热导
A：热量计的面积m2
T5-T6：热量计两个热电偶的温差
d：热量计两温差电偶的距离
在没有使用热量计时，热流用以下公式计算：
Q=V I
Q：热流量 W
V：加热器的电压
I：加热器的电流
2、与试样相接触的高测量块的温度计算公式：
TA=T2-dB/dA(T1-T2)
TA：与试样相接触的高测量块的温度，K
T1：高测量块的较高温度，K
T1：高测量块的较低温度，K
dA：高温传感器间距，m
dB：低位传感器到高测量块低表面的距离，m
3、与试样相接触的低测量块的温度计算公式
TD=T3+dD/dC (T3-T4)
TD：与试样相接触的低测量块的温度，K
T3：低位测量块的高温,K
T4：低位测量块的低温,K
dC：温度传感器之间的距离，m
dD：高温传感器到低测量块的高表面之间的距离，m
4、热阻的计算
θ=(TA-TD)*A/Q
从单层或是多层试样的热阻—各自的试样厚度的平面图中得到热导。在平面图中X轴表示试样厚度值，Y轴表示试样热阻值。