材料导热系数测试实验内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
东南大学材料科学与工程
实验报告
学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师
课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩
一、实验目的
1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法
2.了解材料导热系数与温度的关系
二、实验原理
不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他
们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，
在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差
而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技
术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。
1.材料的导热性及电导率
材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为
1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律
dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制
热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声
子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。
1）电子和声子导热
纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。
2）光子导热
固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。
3.影响导热系数的因素
1）温度
金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。
一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。
2）原子结构
物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较高的单质都具有较高的导热系数。
3）成分和晶体结构
合金中加入杂质元素将提高热阻，使导热系数降低。杂志原子与基体金属的结构差异较大的元素，对基体导热系数的影响也较大。
4）压强，密度，气孔率等
压强，密度，气孔率等因素也会对材料的导热系数产生影响，影响材料导热系数的因素是复杂的。
4.导热系数的测试方法
根据试样内温度场是否随时间改变可将固体的导热分为稳定导热和不稳定导热。测量导热系数的方法也分为两大类：稳态法和动态法。
1）稳态法
稳态法是根据傅立叶方程直接测量导热系数，但温度范围与导热系数范围较窄，主要适用于在中等温度下测量中低导热系数材料。稳态法可分为热流法（直接法、比较法）、保护热流法、热板法等测试方法。
2）动态法
动态法使用范围较为宽广，适合于高导热系数材料以及高温下的测试，其中发展最快、最具代表性、得到国际热物理学界普遍承认的方法是闪光法（ Flash Method，有时也称为激光法，激光闪射法），也是本次实验使用的方法。
闪光法的优点为要求的样品尺寸较小，测量范围宽广，可测量除绝热材料以外的绝大部分材料，特别适合于中高导热系数材料的测量。除常规的固体片状材料测试外，通过使用合适的夹具或样品容器并选用合适的热学计算模型，还可测量诸如液体、粉末、纤维、薄膜、熔融金属、基体上的涂层、多层复合材料、各向异性材料等特殊样品的热传导性能。
三、实验仪器与装置
https://www.360docs.net/doc/3017543886.html,ZSCH LFA 467金属高温导热系数测试仪
2.保护气体
3.游标卡尺
https://www.360docs.net/doc/3017543886.html,ZSCH激光导热仪样品支架
5.实验样品
四、实验步骤及测量数据
1.选择合适的样品支架，安装合适大小的试样
2.打开保护气体
3.开启计算机，启动计算机，进入导热系数测试程序
4.设置加热温度及其他参数，开始实验
5.试验结束后，自动得到导热系数测试结果
6.进行分析
五、实验数据与处理
1.PV塑料
2.紫铜
3.Q235钢
六、实验结果与讨论
1.简述金属、非金属建筑材料、气体导热性能差异大的原因。
答：金属主要是通过电子导热来传热，而非金属建筑材料大多为绝缘体，主要导热形式为声子导热，电子导热效率要远远优于声子导热，所以金属材料导热性能优于非金属建筑材料。气体的对流加快了热传递，其导热系数是非常高的；但是依旧不能和电子导热相提并论，所以金属的导热性能强于气体，但是无机非金属和气体导热性能大小无法确定，还需根据具体的材料进行分析
2.计算紫铜、Q235钢、塑料的热扩散系数
答：紫铜的热扩散系数为：
塑料的热扩散系数为：
Q235钢的热扩散系数为：
3.分析温度对热扩散系数的影响
答：温度对各类绝热材料导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数上升。因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热
和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响，在温度为0-50℃范围内并不显着，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。
一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。
建筑物理实验一 材料导热系数测试
实验一材料导热系数测试【实验目的】
[实验步骤] 1、用自定量具测量样品、下铜板的几何尺寸和质量等必要的物理量，多次测量、然后 取平均值。其中铜板的比热容C=0.385KJ/(K.Kg) 2、先放置好待测样品及下铜板（散热盘），调节下圆盘托架上的三个微调螺丝，使待 测样品与上下铜板接触良好。热电偶插入铜盘上的小孔时，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与铜盘接触良好。 3、温度表控制升温步骤：（一）设置程序：按“←”键一下即放开，仪表就进入设置 程序状态。仪表首先显示的是当前运行段起始给定值，可按“←”、“↓”和“↑” 键修改数据。按“）”键则显示下一要设置的程序值，每段程序按“时间-给定值-时问-给定值”的顺序依次排列。按“←”键并保持不放2秒以上，返回设置上一数据，先按“←”键再接着按“）”键可退出设置程序状态。在程序运行时也可修改程序。在运行中，在恒温段如果改变给定值，则要同时修改当前段给定值和下一段给定值，如果要增加或缩短保温时间，则可增加或减少当前段的段时间。在升降温段如果有改变升降温斜率，可根据需要改变段时间，当前段给定温度和下一段的给定温度。例如：C01=开始实测温度，T01=（实验温度-开始实测温度）/升温速率，C02=实验温度，T02=恒温时间（可设8000），C03=实验温度，T03=-121。（二）运行：如果程序处于停止状态（下显示器交替显示“stop”），按“↓”键并保持2秒钟，仪表下显示器将显示“run”的符号，则仪表开始运行程序。（三）停止程序运行：如果程序处于运行状态，按“↑”键并保持2秒钟，仪表下显示器将显示“stop” 的符号，此时仪表进入停止状态。 (参照智能温度控制器使用说明书)。（四）合上“加热开关”，对上不锈钢板进行加热。 4、上不锈钢板加热到设定温度时，（1）观察上不锈钢板的温度。当上不锈钢板的温度 保持不变时（可通过加热板温度显示来观测），记录下此时上不锈钢板的温度（T1），在不断地给高温侧不锈钢板（上不锈钢板）加热，热量通过样品不断地传到低温侧铜块（下铜块），经过一定的时间后，当下铜板的温度基本不变时，记录下此时下铜板的散热板温度值（T2）。此时则可认为已达到了稳态。（大约在五分钟内下铜板的温度保持不变） 5、移去样品，继续对下铜板加热，当下铜盘温度比T2高出10℃左右时（高温时要多些）， 移试样架，让下铜盘所有表面均暴露于空气中，使下铜板自然冷却。每隔30秒读一次下铜盘的温度示值并记录，直至温度下降到T2以下一定值。作铜板的T-t冷却速率曲线。（选取邻近的T2测量数据来求出冷却速率）。 6、根据（S1-4）计算样品的导热系数λ，或数据输入计算机计算。
DRH-II导热系数测试仪说明书
DHR-II 导热系数测试仪使用说明 一、概述 材料的热导率是研究材料物理性能的一个重要参数指标，在航空、原子能、建筑材料，非金属材料等部门都要求对有关材料的热导率，进行预测或实际测定。该仪器基于护热平板法的原理，满足了材料检测研究部门对材料导热系数的高精度测试要求。主要测试塑料、玻璃、纤维、泡沫、保温材料等。 二、主要技术参数 1、应用范围 本仪器适用于测定干燥或不同含湿状况下匀质板状材料的导热系数。改装测试头可测试粉状、胶状、液态材料。导热系数范围：0.0152/w m k 2、仪器提供了对实验温度实现可控状态下的测试。 3、仪器实现数字化测温，精度优于0.2级。 4、电源：220/50V HZ 5、测量结果准确度：3%± 6、计量加热功率：351%W ±。 7、可连接上位机实现计算机自动测试，并实现数据打印输出。 8、试样尺寸要求：200200(520)()mm ??- 9、工作条件 ①环境温度 100350C ②相对湿度 ＜80% 三、操作步骤 （一） 对试件的要求 1、 取样应从样品材料中均质部位处取。 2、 取样大小成型尺寸不能大于20020020()mm ??。 3、 取样后将试样表面平整处理，并同时取35块样试样，一组试样必须是同一配比 原料组成，其容重差小于5%。 4、 试件两表面应平行，且厚度均匀，与极板接触面应平整且结合紧密实验时，可在此 面涂上一层相同材料的粉状材料或涂上一层高温导热胶，不能含杂质及灰尘。 5、 粉状材料用围框的办法按上述原理处理，液态材料需改装测试头。 （二） 手动操作 1、 温控表校验：将冷板恒温水槽的温度值设置室温（THS-10恒温水槽设置高于环境温 度50C ），合上仪器上盖，（注意：中心加热板不能加热）观察中心，护热，冷板温度表值，不变化时，修改温控表的平移参数值（参阅AL-701温控表说明书），使三块表的温度值与恒温水槽的温度值相同。此校验不定期进行。 2、 测厚调零：合上仪器上盖，4块百分表预压约25 mm . 3、 实验步骤：按标准取样，将样品放在冷热板的中间，合上仪器上盖，设置冷板恒温 4、 水槽的温度值为室温（THS-10恒温水槽设置高于环境温度50C ），护热板温度值设 置高于冷板温度100C （通过试样的温度梯度在4000C/M 至20000C/M 之间），启动程序升温。 5、 所有温度仪表显示均稳定，温度波动范围±20C 时，记录主热板温度、冷板温度、 主热板功率、试样厚度数据。代入下面公式计算（其中试样有效受热面积0.01m 2）。 6、 实验结束，用相同试样，做35次，最后得出的结果为该试样的平均导热系数。
导热系数的测量实验报告
导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。单位时间内通过某一截面积的热量dQ/dt 是一个无法直接测定的量，我们设法将这个量转化为较容易测量的量。为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜板，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： 当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡，称之为稳态，此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。这样，只要测量低温侧
铜板在稳态温度 T2 下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，C 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度 T2（大约高出 10℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出 T —t 曲线（见图 2），曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R
