熱擴(kuò)散系數(shù)的定義及測(cè)量

熱擴(kuò)散系數(shù)是物體中某一點(diǎn)的溫度的擾動(dòng)傳遞到另一點(diǎn)的速率的量度。以物體受熱升溫的情況為例來(lái)分析，在物體受熱升溫的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中，進(jìn)入物體的熱量沿途不斷地被吸收而使局部溫度升高，在此過(guò)程持續(xù)到物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度全部相同為止。熱擴(kuò)散系數(shù)比熱導(dǎo)率有更直覺(jué)的反應(yīng)。

熱擴(kuò)散率α是λ與1/ρc兩個(gè)因子的結(jié)合。α越大，表示物體內(nèi)部溫度扯平的能力越大，因此而有熱擴(kuò)散率的名稱。這種物理上的意義還可以從另一個(gè)角度來(lái)加以說(shuō)明，即從溫度的角度看，α越大，材料中溫度變化傳播得越迅速。可見(jiàn)α也是材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)，因而有導(dǎo)溫系數(shù)之稱。

對(duì)于高導(dǎo)熱材料，如各種金屬材料和高導(dǎo)熱陶瓷材料，它們的熱性能普遍采用閃光法進(jìn)行測(cè)量，特別是熱性能中的熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試更是閃光法的最大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殚W光法可以在短時(shí)間內(nèi)使用最低樣品材料消耗成本實(shí)現(xiàn)熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量，而且閃光法也是目前熱性能測(cè)試溫度范圍跨度最大的測(cè)試方法之一，測(cè)試溫度范圍可從低溫-190℃至超高溫3000℃，同時(shí)還可以在各種氣氛和壓力環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。

閃光法的基本原理是脈沖光照射被測(cè)樣品前表面，樣品前表面薄層上吸收脈沖光輻照能量，探測(cè)器同時(shí)記錄熱量傳遞到樣品背面所引起的溫度隨時(shí)間的變化。

但采用閃光法進(jìn)行材料熱性能測(cè)試并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試過(guò)程，需要各種試驗(yàn)參數(shù)（閃光脈沖能量、閃光脈沖寬度、樣品前表面面積與加熱光斑面積之比、被測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)、樣品厚度等）完美配合才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。特別是對(duì)于未知材料的熱性能測(cè)試，需要進(jìn)行一系列的考核驗(yàn)證測(cè)試才能確定測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

通常采用閃光法測(cè)試過(guò)程中，各個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)中的閃光法測(cè)試設(shè)備都有各自的閃光加熱參數(shù)、樣品支架和安裝方式，采用相同樣品在進(jìn)行閃光法對(duì)比測(cè)試中常常會(huì)出現(xiàn)明顯的測(cè)試誤差，在閃光法比對(duì)測(cè)試中要對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和考慮才能得到正確的結(jié)果。

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