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热扩散系数仪是一种用于测量材料热扩散率(Thermal Diffusivity)的精密热分析设备,广泛应用于金属、陶瓷、聚合物、复合材料、建筑材料及新能源材料(如电池电极、热电材料)等领域的热物性研究。热扩散率是表征材料内部热量传递快慢的重要物理参数,结合材料的比热容和密度,还可进一步计算出导热系数,对材料的热管理设计、工艺优化和性能评估具有重要意义。
目前主流的热扩散系数仪多采用激光闪射法(Laser Flash Method)。其基本原理是:将样品制成圆片状并置于绝热炉腔中,通过高能脉冲激光瞬间照射样品正面,使其表面温度骤升;同时,红外探测器实时监测样品背面温度随时间的上升曲线。根据热传导模型和温升达到半峰值所需的时间,即可计算出材料的热扩散系数。
一、热扩散系数仪的基本使用步骤
1.样品制备:样品需加工成平整、平行的圆片(通常直径10–12 mm,厚度1–3 mm),表面清洁无油污。对于不透明或高反射材料,常在表面喷涂石墨或碳黑以增强光吸收和红外发射率。
2.装样与抽真空/通气:将样品放入专用样品架,置入加热炉腔。根据测试需求选择空气、惰性气体(如氩气)或真空环境,并确保密封良好。
3.参数设置:在控制软件中设定测试温度(可从室温至2500℃,视设备型号而定)、激光能量、采样频率及气氛条件。
4.开始测试:启动程序后,设备自动完成升温、恒温、激光脉冲发射及红外信号采集。每个温度点通常需重复测试2–3次以保证数据可靠性。
5.数据分析:软件自动拟合温升曲线,输出热扩散系数值,并可结合输入的比热和密度数据计算导热系数。
二、使用后的维护与保养
为确保仪器长期稳定运行和测量精度,使用后需进行规范维护:
-清洁样品腔与光学窗口:每次测试后应清除样品残留粉尘,尤其注意清洁红外探测器前的石英窗或透镜,避免积尘影响信号接收。清洁时使用无水乙醇和无绒布,严禁刮擦。
-检查气体管路与真空系统:定期检漏,更换干燥剂或分子筛,确保气氛控制系统正常。若使用真空泵,需按周期更换泵油。
-校准与验证:定期使用标准参考材料(如纯铜、蓝宝石)进行系统校准,验证激光能量稳定性与温度准确性。
-设备存放:长期停用时,应保持炉腔干燥,关闭所有气源与电源,并覆盖防尘罩。
总之,热扩散系数仪作为高端热物性测试设备,其操作虽自动化程度高,但仍需严格遵循规程并注重日常维护。只有科学使用与精心保养相结合,才能保障测试数据的准确性和设备的使用寿命。
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