金屬

測量金屬材料的熱導(dǎo)率

金屬被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，從核能和汽車行業(yè)到電子和航空領(lǐng)域。金屬往往具有高導(dǎo)熱性，因其能夠快速散熱而受到青睞。對于許多希望在保持有效散熱以避免過熱的同時維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的行業(yè)來說，這一點至關(guān)重要。

由于材料的熱導(dǎo)率是一項關(guān)鍵性能指標(biāo)，因此非常需要一種有效的方法來驗證材料的性能。理想情況下，隨著對來料質(zhì)量的關(guān)注度日益提高，研究人員正在尋找一種快速、簡便且準(zhǔn)確的方法來驗證材料的熱導(dǎo)率。

圖1. Trident熱導(dǎo)率儀，配備 MTPS 傳感器

圖2. 使用 MTPS 測試銅

案例亮點一

薄金屬片的熱導(dǎo)率（平板實用參數(shù)）

當(dāng)由于樣本厚度限制而導(dǎo)致“半無限”樣本大小的近似值不再有效時，建議使用 Trident 的 TPS Slab 實用程序。這實際上意味著當(dāng)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和厚度使得熱脈沖的穿透深度將超過樣品本身的邊界條件時。樣品必須被歸類為各向同性，實用程序才能按預(yù)期發(fā)揮作用。

通過使用該實用程序，可以測試薄樣品板、片材或板，盡管不符合 TPS 方法對半無限樣品行為的一般要求。樣本的大小必須足夠大，以便在垂直于傳感器表面的平面上不會在測試的時間尺度上觀察到熱邊界效應(yīng)，但又足夠薄，以便在垂直于傳感器表面的方向上產(chǎn)生邊界效應(yīng)，而 Slab 實用程序?qū)⒋诵?yīng)。外板表面必須充分絕緣以防止熱損失，或者，可以在真空中進(jìn)行測量。與批量模式一樣，使用兩個相同的樣品。

圖3. 使用 FLEX 測試鋁制平板

圖4. 板坯導(dǎo)熱系數(shù)測試

表1. 板坯導(dǎo)熱系數(shù)測試

在上面的示例中，在測試黃銅板樣品時，結(jié)果大約落在預(yù)期導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)稱值的 3.5% 以內(nèi)，并且完全在 ISO 22007-2 中概述的公差范圍內(nèi)。

[1] 標(biāo)稱值通過獨立方法實驗測定。

[2] ISO 22007 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使用平板實用程序時，熱導(dǎo)率（k）的準(zhǔn)確度可達(dá) 7%，熱擴(kuò)散率（α）的準(zhǔn)確度可達(dá) 11%。

案例亮點二

用于高導(dǎo)電性金屬的 MTPS 擴(kuò)展量程

尋求金屬熱導(dǎo)率數(shù)值的研究人員往往傾向于參考書本數(shù)據(jù)。盡管這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但它們無法確定含有不同數(shù)量其他材料的新型先進(jìn)復(fù)合金屬的熱導(dǎo)率。

銅（Cu）是導(dǎo)熱性最強(qiáng)的金屬之一。銅的高導(dǎo)熱效率使其成為比一些價格較低的材料更好的選擇。最近，熱導(dǎo)率儀（TCi）的測量范圍得到了擴(kuò)展，能夠測量諸如銅（約 400 W/mK）等高導(dǎo)熱性金屬。以下是近期對三個純銅樣品的測試結(jié)果。

圖5. 銅的熱導(dǎo)率