Introducción del método de prueba de conductividad térmica

En la industria automotriz de Nueva energía, la aplicación de materiales conductores de calor es más común. La conductividad térmica es uno de los parámetros importantes para caracterizar las propiedades de los materiales conductores de calor, sus ventajas y desventajas, y también es el indicador técnico más preocupado por los usuarios.

La conductividad térmica se define como: en condiciones estables de transferencia de calor, un material de 1 metro de espesor, la diferencia de temperatura entre las superficies de ambos lados es de 1 grado (k, ¿ c), y en 1 segundo (1s), el calor transmitido a través de un metro cuadrado de superficie se expresa en vatios / metro · grado (w / (m · k), que aquí se puede reemplazar por k ℃.

La conductividad térmica del material no solo está relacionada con el tipo de material del material, sino también con su microestructura, contenido de relleno, etc. En experimentos científicos y diseños de ingeniería, la conductividad térmica de los materiales utilizados debe determinarse con precisión mediante métodos experimentales. Hay muchos métodos para determinar la conductividad térmica hasta ahora, tienen diferentes áreas de aplicación, rango de medición, precisión, precisión y requisitos de tamaño de la muestra, etc. los diferentes métodos pueden tener grandes diferencias en los resultados de la medición de la misma muestra, por lo que la elección del método de prueba adecuado es lo primero.

En la actualidad, los métodos de determinación de la conductividad térmica se dividen en dos categorías principales: método en estado estacionario y método en estado inestable, con diferentes principios de prueba. En la industria del silicio térmico, los métodos de prueba comunes son el método de placa térmica en Estado estable (estándar de referencia: ASTM d5470), el método de fuente de calor plana instantánea (estándar de referencia: ISO 22007 - 2).

A continuación se describen los dos métodos de prueba anteriores y los instrumentos de prueba utilizados.

I. ASTM d5470

Método de prueba estándar para las características de transmisión térmica de los materiales aislantes eléctricos de estado sólido conductores de calor de tipo delgado

El método utiliza el método de flujo de calor en estado estable, que se conoce comúnmente, y su principio de prueba es colocar una muestra de un cierto espesor entre las placas superiores e inferiores, aplicar un cierto flujo de calor y presión a la muestra, utilizar un sensor de flujo de calor para medir el flujo de calor a través de la muestra, el grosor de la muestra de prueba, el gradiente de temperatura entre la placa caliente / fría, y luego obtener los datos de resistencia térmica correspondientes a diferentes espesores para ajustar en línea recta la conductividad térmica de la muestra.

Las ventajas de este método son:

① Se puede probar la resistencia térmica y la conductividad térmica del producto;

② Especialmente adecuado para simular el Estado de uso del producto en condiciones reales de trabajo.

Las desventajas son:

① Hay ciertos requisitos para el grosor del producto;

② La resistencia térmica de contacto afectará los resultados de la prueba;

③ Para alcanzar la estabilidad, la prueba tarda más.

Esquema del método de placa térmica en Estado estable

Ley de fft:

Resistencia térmica:

Conductividad térmica:

Los equipos de prueba comunes son los siguientes:

Medidor de conductividad térmica DRL - II (figura)

Medidor de conductividad térmica DRL - III (figura)

Resistencia térmica y coeficiente de conducción térmica del material de interfaz LW - 9389 (figura)

II. plásticos ISO 22007 - 2 - 2008

Determinación de la conductividad térmica y la difusión térmica

El método de fuente de calor plana instantánea (tps) es uno de los métodos más convenientes y precisos para estudiar la conductividad térmica de los materiales en la actualidad, que se mejora mediante el método de línea directa. Este método utiliza una sonda de plano térmico instantáneo (sonda Hot disk), que también llamamos método Hot disk. La sonda Hot disk está hecha de níquel, un material termorresistente, recubierta con material aislante (poliimida, mica, etc.) y la sonda tiene una función de autocalentamiento.

El principio de este método es colocar una sonda de temperatura con función de autocalentamiento en la muestra y aplicar una potencia de calentamiento constante a la sonda durante el ensayo para que su temperatura aumente. La relación entre el coeficiente de resistencia térmica del níquel y la temperatura y la resistencia es lineal, lo que permite conocer la pérdida de calor entendiendo los cambios en la resistencia eléctrica, reflejando así la conductividad térmica de la muestra. A continuación, se mide la relación entre el aumento de la temperatura en la propia sonda y la superficie esférica separada de la sonda a cierta distancia con el tiempo, y se obtiene la conductividad térmica y la difusión térmica de la muestra al redactar el contrato a través del modelo matemático.

Imagen sonda Hot disk recubierta de poliimida

Diagrama esquemático de la colocación de muestras sólidas de Hot disk

Las ventajas de este método son:

① Puede medir simultáneamente la conductividad térmica, la difusión térmica y la capacidad térmica por unidad de volumen;

② El alcance de la prueba es amplio (0005 a 500w / M · k), la precisión es alta (+ 3%), la repetibilidad es buena (+ 1%), el tiempo de medición es corto (medición única de 3 a 5 min) y la operación es simple;

③ Hay muchos tipos de muestras que se pueden probar (líquidos, polvos, geles, polímeros, materiales compuestos, etc.);

④ Sin verse afectado por la resistencia térmica de contacto, los resultados de las pruebas están más cerca de la conductividad térmica del propio material.

La desventaja es que este método es adecuado para medir la conductividad térmica de materiales homogéneos y no es adecuado para medir materiales isotrópicos (como láminas de grafito).

El equipo de prueba típico es el probador de conducción térmica Hot disk de Suecia.

Figura detector de conducción térmica de disco Hot

La conductividad térmica es un parámetro del propio material y no tiene nada que ver con la forma y el tamaño. En la actualidad, hay un gran número de métodos de prueba de conducción térmica, pero ningún método se puede aplicar a todos los productos y en todas las ocasiones. Las características del producto, los estándares de prueba, el entorno de prueba, etc., tendrán un impacto en los resultados de la conductividad térmica. La conductividad térmica del material no se puede comparar con los datos obtenidos por diferentes métodos de prueba. Para obtener resultados precisos y de referencia, se debe seleccionar el método de prueba adecuado para la medición.

Finalmente, se adjuntan algunos de los métodos estándar que hemos compilado para probar la conductividad térmica:

I. método de Estado estable

Método de medición de la conductividad térmica de los metales a alta temperatura GB / t 3651 - 2008

Método de determinación de la conductividad térmica a temperatura media de los materiales de grafito GB / t8722 - 2008

Materiales aislantes térmicos - determinación de la resistencia térmica en Estado estable y las características relacionadas - método de placa térmica protectora

Materiales aislantes térmicos - determinación de la resistencia térmica en Estado estable y las características relacionadas - método del medidor de flujo de calor

GB / T 10296 - 2008 determinación de las propiedades de transferencia de calor en Estado estable de las capas térmicas - método de tubo circular

GB / T 17357 - 2008 determinación in situ de la pérdida de calor en la superficie del aislamiento térmico de equipos y tuberías - método del medidor de flujo de calor

Ybt4130 - 2005 método de prueba de la conductividad térmica de los refractarios método plano de flujo de agua

ASTM c177 - 10 método de prueba estándar para determinar el flujo de calor en Estado estable y las propiedades de transferencia de calor con un instrumento de placa térmica

Astmc182 - 1998 método de prueba estándar para la conductividad térmica de los ladrillos refractarios aislados

ASTM C201 - 1998 método de prueba estándar para la conductividad térmica de los refractarios

Método de prueba estándar para la conductividad térmica de los ladrillos refractarios astmc202 - 1998

ASTM c335 - 05a método de prueba estándar para las características de transferencia de calor en Estado estable de los tubos horizontales de aislamiento térmico

Método de prueba estándar para el rendimiento de transmisión térmica en Estado estable de los dispositivos de medidor de flujo de calor para astmc518 - 04

Astmc680 - 08 práctica estándar para estimar la temperatura superficial y el aumento o disminución del calor de los sistemas en forma de placa, columna y Bola mediante programas informáticos

Especificación de operación estándar para la medición de la resistencia térmica de los materiales de aislamiento térmico de construcción rellenos de crujiente ASTM 667 - 07

ASTM c1043 - 06 Código de operación estándar para el uso de cables circulares y fuentes de calor en el diseño del método de placa térmica protectora

ASTM c1044 - 07 especificaciones de funcionamiento estándar para dispositivos de placas térmicas protectoras o dispositivos de calentadores delgados en modo de muestra única

ASTM c1113 - 2004 método de línea directa (tecnología de termómetro de resistencia al platino) método de prueba estándar para la conductividad térmica de los refractarios

Método de prueba estándar para el rendimiento de transmisión térmica en Estado estable de los dispositivos de calentador Delgado para astmc114 - 06

ASTM d5470 - 2012 método de prueba estándar para las características de transmisión térmica de materiales aislantes eléctricos de estado sólido conductores de calor de tipo delgado

Astmd6744 - 01 método de prueba estándar para la determinación de la conductividad térmica del carbono anódico mediante la tecnología de medidor de flujo de calor protector

ASTM e1225 - 04 método de prueba estándar para la determinación de la conductividad térmica de los sólidos mediante tecnología de flujo de calor longitudinal comparativo de protección

ASTM e1530 - 06 método de prueba estándar para evaluar la resistencia térmica de los materiales con tecnología de medidor de flujo de calor protector

ASTM f433 - 02 práctica estándar para la evaluación de la conductividad térmica de los materiales de Junta

II. método transitorio

Gjb1201.1-1991 método de prueba de la difusión térmica a alta temperatura de materiales sólidos método de pulso láser

GB / t5990 - 2006 método de prueba de la conductividad térmica de los refractarios método de línea directa

Gbt 10297 - 1998 método de determinación de la conductividad térmica de materiales sólidos no metálicos

Gbt22588 - 2008 método Flash para medir la conductividad térmica o térmica

Astmc714 - 05 método de prueba estándar para la medición de la difusión térmica de carbono y grafito por pulso térmico

Método de prueba estándar para determinar la conductividad térmica del suelo y las rocas blandas mediante el método de aguja térmica astmc5334 - 00

ASTM d5930 - 01 método de prueba estándar para determinar la conductividad térmica de los plásticos mediante tecnología de fuente de calor de línea instantánea

ISO 13826 - 2013 recubrimientos metálicos y otros inorgánicos - determinación de la difusión térmica de los recubrimientos cerámicos pulverizados en caliente mediante el método de pulso láser

ISO - DIS 18555 2014 recubrimientos metálicos y otros inorgánicos - determinación de la conductividad térmica de los recubrimientos de barrera térmica

Cerámica refinada ISO - fdis18755 - 2004 (cerámica avanzada, cerámica de tecnología avanzada) - determinación de la difusión térmica de las piezas cerámicas mediante el método de flash láser

Plásticos ISO 22007 - 2 - 2008 - determinación de la conductividad térmica y la difusión térmica - parte 2 método de fuente de calor plana instantánea

III. método de cuasi - Estado estable

Práctica estándar para la medición de la conductividad térmica de los materiales con termómetros de capacidad térmica (enchufes) para astme 2584 - 07