高温激光导热仪仪器测试机构

高温激光导热仪是一种基于激光闪光法（LFA）测量材料热扩散系数和导热系数的精密仪器，其核心原理是通过瞬态激光脉冲加热样品表面，利用红外检测器记录背面温升曲线，结合数学模型计算热扩散系数，并推导导热系数。以下从测试原理、仪器特点、测试流程、应用领域及注意事项五个方面进行详细阐述：

测试原理

高温激光导热仪通过激光源发射高强度短脉冲激光束，聚焦至样品表面形成激光斑点，使样品表层吸收光能后温度瞬时升高。热量以一维热传导方式向样品冷端（背面）传播，红外检测器连续监测背面温升过程，得到温度-时间关系曲线。通过计量半升温时间（t₅₀，即样品上表面温度升至Zui大值一半所需时间），结合样品厚度（d），利用公式 α = 0.1388 × d² / t₅₀ 计算热扩散系数（α）。导热系数（λ）则通过公式 λ = α × Cp × ρ 得出，其中Cp为比热容，ρ为密度。

仪器特点

1. 高温测试能力：
   仪器配备高温炉或加热元件，温控范围广泛（如RT-2000K），可模拟极端高温环境，适用于金属、陶瓷等材料在高温下的热导率测试。

2. 多气氛控制：
   支持真空、惰性气体或氧化气氛测试，满足不同材料在特定环境下的热分析需求。

3. 高精度与宽量程：
   热扩散系数测量范围达0.001-10 cm²/s，导热系数测量范围0.01-2000 W/m·K，覆盖从低导热聚合物到高导热金刚石的广泛材料。

4. 样品形态灵活：
   除常规固体片状样品外，通过特殊夹具可测试液体、粉末、纤维、薄膜、熔盐、多层复合材料及各向异性材料。例如：

• 液体/膏状样品：采用不锈钢+PEEK容器密封，注入样品后测试。

• 粉末样品：使用压力容器（max. 300℃），通过力矩扳手控制压制力。

• 丝材样品：利用专用制样工具束箍并切割打磨成片状。

• 多层样品：通过三层模式测试，计算未知层热扩散系数及接触热阻。

• 各向异性材料：采用In-Plane托盘屏蔽垂直方向热信号，检测水平方向热传导。

测试流程

1. 样品制备：

• 高导热材料（α > 50 mm²/s）：2-4 mm；

• 中等导热材料（1 < α ≤ 50 mm²/s）：1-2 mm；

• 低导热材料（α ≤ 1 mm²/s）：0.1-1 mm。

• 固体样品需为端面平行且光滑的片状，内部材质均匀。根据导热系数选择厚度：

• 透明或半透明样品需表面涂覆石墨（厚度适度），避免透射干扰；高透明度样品可镀金处理。

2. 仪器预热与校准：

• 开启仪器，预热至稳定状态（通常30分钟至1小时）。

• 使用标准样品（如铟、锡）进行校准，确保准确性。

3. 设定实验参数：

• 在软件界面设置加热速率、温度范围、气氛类型及流速。

• 选择测试模式（如常规模式、三层模式、In-Plane模式）。

4. 装载样品与启动测试：

• 将样品放入样品室，确保放置平稳。

• 启动温控系统，加热至设定温度并保持稳定。

• 发射激光脉冲，红外检测器记录背面温升曲线。

5. 数据采集与分析：

• 软件自动拟合温升曲线，计算热扩散系数及导热系数。

• 导出数据，结合比热容和密度参数进行Zui终分析。

应用领域

高温激光导热仪广泛应用于材料科学、汽车工业、航空航天、电子工程、化学工业及能源领域，具体包括：

1. 高导热材料研究：
   测试金属、陶瓷、石墨等材料在高温下的热导率，评估其散热性能。

2. 多层结构热分析：
   分析涂层、复合材料等多层结构的热传导特性，优化设计。

3. 各向异性材料表征：
   研究散热片、包装材料等各向异性材料的水平与垂直方向热导率差异。

4. 特殊样品测试：
   测量熔盐、液态金属、纳米薄膜等特殊样品的热物性参数。

注意事项

1. 安全操作：

• 设备必需安全接地，防止烧坏激光器。

• 试验完成后关闭各部件电源，取出试样并清理样品台，避免用硬物刮擦。

2. 仪器维护：

• 定期检查设备接口连线，防止脱落或松动导致通讯故障。

• 清洁激光镜片和光学元件，避免灰尘或油污影响激光输出。

• 校准温度传感器，确保测量准确性。

3. 软件操作：

• 软件打开或切换控制方式时，需先退出测试软件，防止操作故障。

• 触摸屏操作时，每个按钮需长按1秒以上（建议3秒），避免按钮失效。

4. 高温测试特殊要求：

• 考虑热膨胀效应，避免样品尺寸变化影响测量。

• 采用辐射补偿技术，减少高温下热辐射对激光测量的干扰。

• 调整激光脉冲能量，确保加热均匀性和稳定性。