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在照明行業(yè)，導熱材料(如導熱密封膠、導熱灌封膠、導熱硅脂等)應用比較普遍。導熱系數(shù)是表征導熱材料性能優(yōu)劣最重要的參數(shù)之一，也是材料使用者最為關注的技術指標。目前國內外并沒有統(tǒng)一的導熱產品測試標準，材料制造商會標注各自的測試結果，但材料的導熱系數(shù)使用不同的測試方法測量可能導致最后的結果差異較大。因此，本文主要為大家介紹導熱系數(shù)測試標準中的一些常見測試方法以及使用的測試儀器。
根據材料特性的不同，材料制造商在進行導熱系數(shù)測試時使用的標準主要是美國材料與試驗協(xié)會的ASTM D5470、ASTM E1530、ASTM E1461和國際標準化組織的ISO22007-2這四種。
1. ASTM D5470
即通常所說的穩(wěn)態(tài)熱流法，測試原理是將厚度一定的樣品置于兩個平板（詞條“平板”由行業(yè)大百科提供）間，對樣品施加一定的熱流量和壓力，使用校正過的熱流傳感器測量通過樣品的熱流，測試樣品的厚度、熱板/冷板間的溫度梯度，然后根據不同厚度下對應的熱流量數(shù)據作直線擬合得出樣品的導熱系數(shù)。
圖1 ASTM D5470測試原理
ASTM D5470是薄型熱導性固體電工絕緣材料傳熱性的試驗方法，特別適合軟性材料如導熱膏和導熱硅膠在模擬實際使用工況下的導熱系數(shù)測試，以及各種熱接觸材料和接觸熱阻的測量。典型的測試設備為湘潭湘儀的DRL-III導熱系數(shù)測試儀和臺灣瑞領的LW-9389界面熱傳導系數(shù)與熱阻測量裝置。
圖2 湘潭湘儀DRL-III和臺灣瑞領LW9389
2. ASTM E1530
其測試原理幾乎和普通的熱流法導熱儀相同，不同之處是在測量區(qū)域(熱板/樣品/冷板)外圍增加保護加熱器，加熱到樣品的平均溫度，通過減少樣品與周邊之間的溫差，以減少橫向的熱損耗，提高測量精度。
圖4 ASTM E1530 測試原理
ASTM E1530是用護熱式熱流計技術評定材料抗熱傳輸性的試驗方法，理論上可以測量軟性材料(膏狀)和膜類材料，但由于試樣厚度和試樣上下兩個表面溫度的高精度測量存在較大的工程實現(xiàn)難度，因此很少用這種方法測量導熱硅膠的導熱系數(shù)，而且其測試導熱硅膠得出的數(shù)據相對ASTM D5470和ASTM E1461要大很多。典型的測試設備為美國Unitherm Model 2022導熱儀和德國耐馳HFM436導熱儀。
圖5 Unitherm Model 2202和耐馳HFM436
3. ASTM E1461
即通常所說的閃光法/激光法,其測試原理為使用高強度的能量脈沖對小而薄的試樣進行短時間的輻照，用紅外檢測器測量樣品表面的溫度變化，實際測得的數(shù)據是樣品的熱擴散系數(shù)，還需要知道試樣的比熱和密度，才能通過計算得到導熱系數(shù)，即λ(T) = α(T) * Cp(T) * ρ(T)。
圖6 ASTM E1461測試原理
ASTM E1461是確定固體熱擴散率的試驗方法，其反映的是材料自身內部的熱傳導性，但沒有考慮界面接觸熱阻的影響，只能準確地測量出固態(tài)材料的熱擴散系數(shù)，不適用于測量導熱硅脂這種膏狀軟性材料。典型的測試設備為德國耐馳氙燈導熱儀器LFA 447和美國TA導熱儀FL4010。
圖7 耐馳LFA447
4.ISO22007-2
即瞬變平面熱源法(TPS)，由熱線法改進而來。將帶有自加熱功能的溫度探頭加載在樣品中，測試時在探頭上施加一個恒定的加熱功率，使其溫度上升，然后測量探頭本身和與探頭相隔一定距離的圓球面上的溫度隨時間上升的關系，通過數(shù)學模型擬合同時得到樣品的導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)。
該測試方法相對于穩(wěn)態(tài)法具有測試范圍廣(基本模塊0.005～500W/m·K)、精度高(±3%)、重復性好(±1%)、測量時間短(單次測量≤3min)和操作簡便的特點;適用的樣品形式多樣，可測試固體，液體，膠體，粉末，帶有孔隙的材料以及各向異性材料，也可對薄膜及涂層材料進行測試;使用額外的控溫設備還能涵蓋30K～1000℃的測試溫度范圍。由于測試受到接觸熱阻的影響較小，其測試結果更貼近于材料本身的導熱系數(shù)。典型的測試設備為瑞典的Hotdisk熱常數(shù)分析儀。
圖8 TPS測試原理和Hotdisk熱常數(shù)分析儀
結語：
導熱系數(shù)是材料本身的參數(shù)，現(xiàn)今已經發(fā)展了大量的導熱測試方法與系統(tǒng)。然而，沒有任何一種方法能夠適合于所有的應用領域，對于特定的應用場合，也并非所有方法都能適用。應用的標準，溫度，壓力，樣品的特性，儀器的使用環(huán)境等都會對導熱系數(shù)的結果產生影響，材料的導熱系數(shù)不能用不同測試方法測得的數(shù)據進行對比。要得到準確和有參考意義的測量值，必須選擇合適的測試方法進行測量。
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