在较为宽广的的工业应用领域里,人们越来越重视对层状样品的热传递性能进行表征。一个典型的例子就是电子元件(或电子包装材料)的热传递性能测试。当热量从正在工作的电子元件上传递出去的效率越高时,电子元件就可以以越快的时钟频率运作而不至于被烧坏。另一个多层材料的例子是热障涂层,它已经被越来越多的用于高温燃气轮机上。激光闪射法,经过数十年的不断改进,已经广泛的用于固体材料的热物性测试。这种测试方法是非接触式,非破坏式的测试方法,它具有测试时间快,样品易制备,测试准确度高等优势,而且可以用于多层材料的测试。
热电偶在热分析中已经成为标准的测温装置,具有装配简单、操作方便、功能多样、坚固耐用和简洁实用等优点。对于温度超过 800℃的热分析测试,其热电偶材料通常为铂-铂/铑(10%),若按照化学组成,也可表示为 Pt-Pt10%Rh,或者称为 S 型热电偶。按照ASTM E1159标准,热电偶的负极为铂金,正极为铂/铑(10.00+/-0.05%)合金。在室温状态下,这种致密的铂-铂/铑结构具有非常好的稳定性。但在高温时,即使常规的操作,也会使情况发生改变。
纳米材料在制备、合成及产品质量控制过程中的热学性质可通过多种热分析技术进行表征。例如,碳纳米管材料热物性的定量测试主要包括热扩散系数、导热系数、热膨胀系数及比热值,但这些数值往往不在预期的范围内,特别是热传导性的测试远远低于预期值。通过多种热分析、热物性测量手段的结合,可以对纳米材料的特殊性质进行深入、全面的探讨。
目前,介电固化监测已经广泛地应用于热固性树脂及其复合物的固化检测中,可以获得树脂体系的固化速率和固化程度等信息。如今介电传感器以及软硬件的辅助设施已逐渐商业化,可用于更宽广多样的常规测试领域,可适应更多的加工环境,如:高温炉、压力机以及高压釜等设备。介电固化监测是一种非常灵活的方法,除了可以应用于实验室测试外,还可以用于工艺线上模拟环境、真实环境下测试。
德国耐驰公司的动力学软件 (Kinetics) 是目前业界功能最强大的动力学分析软件之一。其目的是建立包含速率常数、反应级数、活化能与指前因子等参数在内的反应速率方程,将反应速率与温度、浓度等宏观变量联系起来,从中探求反应机理,并用以指导生产实践。
动力学分析的应用有以下两方面:
动力学分析在以上两方面的应用需要不同的处理过程......
在实际过程中,以上两方面尽管有对立性,但有更多的共同点:
本文介绍了导热系数测量的基本理论与定义,激光法、热线法、热流法、保护热流法、保护热板法等几类测量方法的原理与应用,以及德国耐驰公司(NETZSCH)的相关仪器。
在某些应用场合,了解材料的导热系数,是测量其热物理性质的关键。例如,耐火材料常被用作炉子的衬套,因为它们既能耐高温,又具有良好的绝热特性,可以减少生产中的能量损耗。航天飞机常使用陶瓷瓦作挡热板。陶瓷瓦能承受航天飞机回到地球大气层时产生的高温,有效防止航天器内部关键部件的损坏。在现代化的燃气涡轮电站,涡轮的叶片上的陶瓷涂层(如稳定氧化锆)能保护金属基材不受腐蚀,降低基材上的热应力。有效的散热器能保护集成电路板与其它电子设备不受高温损坏,散热材料已经成为微电子工业领域关键材料。
在过去的几十年里,已经发展了大量的导热测试方法与系统。然而,没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域,反之对于特定的应用场合,并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值,必须基于材料的导热系数范围与样品特征,选择正确的测试方法。
激光闪射法是一种公认的热传导测试方法,应用领域涵盖各类固体、粉末及液体而且能测至较高的温度。由热扩散系数,比热及密度可以计算出其导热系数,其中比热和密度需要单独精确测定。一般来说,材料的密度不会随温度变化而有太大的改变,所以可以采用室温下的密度值。
材料的比热值可以使用激光闪射系统以比较法测得。以同样的方法分别用激光照射待测样品及一已知标准材料(参比物质),通过比较探测器测得信号的强度可以求得其比热值。
在什么时间或什么温度下树脂开始固化?是否已完全固化?哪一种粘合剂的反应活性最好?何时能够脱模?以上这些是众多树脂、催化剂厂商及研究固化的专家所关心的问题。
热分析方法提供了对这些问题的合适的解决方案,详见 NETZSCH 公司的应用文献:《热分析技术在聚合物领域的应用》。然而,对于某些液态的涂料,使用差示扫描量热法 DSC 或动态热机械法 DMA 来测量是很受限制的。
而使用固化监测仪 DEA,以上这些问题可迎刃而解。其测试方法是样品直接与介电传感器相接触,传感器可以是两个完全平行的电极板,也可以做成梳状。测试时,在一侧电极板上施加一个正弦的电压,在另一侧电极板可以接收到一个相应的正弦感应信号。通过正弦信号的振幅衰减和相位变化可以得到材料的介电性质如介电常数(电导率)和损耗因子。随着固化反应的进行,离子的活动性(离子电导率)及偶极子在交流电场中的取向重排逐渐减弱。表现在离子粘度值(即离子电导率的倒数)与通过流变仪测得的动态粘度相一致。
随着金属工业的飞速发展,人们越来越多地使用电子计算机参与模具设计,进行铸造过程的模拟。由此,需要对金属材料的热物理性能,包括材料在固、液与熔融区的导热系数、热扩散系数、比热、密度变化等物性参数有很深入的了解。
本文介绍了一种新的测量方法,通过使用标准的推杆式膨胀仪 DIL,对金属在固态、液态与熔融过程中的体积膨胀与密度变化进行测量。并使用该方法,对 Cu、Fe、铝合金 LM-25 及以镍为主要成分的超耐热合金 Inconel 718 进行了测试。