耐火材料导热系数比热容和热扩散系数试验方法
耐火材料导热系数的几种测试方法_梅鸣华
工业炉
Industrial Furnace
Vol.32 No.5 Sep. 2010
耐火材料导热系数的几种测试方法
梅鸣华，李 治，黄文革 （1.中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088；2.中冶东方工程技术有限公司，内蒙古 包头 014010；
3.武钢国贸总公司 设备材料部，湖北 武汉 430080）
工 业 炉 第 32 卷 第 5 期 2010 年 9 月
α=0.138 79 L2/t1/2 式中：α—热扩散系数，cm2/s
t1/2— 试 样 背 面 温 升 达 到 最 大 温 升 值 一 半 所 需 的 时间，s
L—试样厚度，mm
2）比热的测定
选用一个与待测试样相近的已知比热的试样作
为参考，在相同的处理条件下进行相同的闪光加热，
样的导热系数。
≤ ≤2
-Ei -r
λ= V·I ×
4αt
4π·L Δθ（t）
式中：λ—导热系数，W/（m·K）
V—热线电压，V
I—热线电流，A
L—埋 设 在 试 样 刻 槽 内 规 定 位 置 间 的 热 线 长
度，m
36
Δθ（t）—在 t 时间测量热电偶和示差热电偶之
间的温差，K
t—接通热线回路间的时间，s
International Economic & Trading Corp, Wugang Group, Wuhan 430080, China）
Abstract: The thermal conductivity is an important thermal performance parameter of the refractory, is also an important thermal technical parameter of the kiln design. By comparing the thermal conductivities of several domestic current testing methods, the coverage and the limitation of the different test methods are further understood, and the appropriate testing methods are selected.
导热系数测量及方法
导热系数测量方法及仪器Jurgen BlummNETZSCH-Geratebau GmbH, Selb/Bavaria, Germany编译：曾智强耐驰仪器（上海）有限公司前 言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。
基本理论与定义热量传递的三种基本方式是：对流，辐射与传导。
对流是流体与气体的主要传热方式，对固态与多孔材料传热不起重要作用。
对于半透明与透明材料，尤其在高温情况下，必须考虑辐射传热。
除了材料的光学性质外，边界状况亦能影响传热。
关于辐射传热方式的详细介绍见文献一1。
本文主要讨论的是热传导。
热量的传导基于材料的导热性能——其传导热量的能力2。
厚度为x 的无限延伸平板热传导可用Fourier 方程进行描述（一维热传递）：xT· △△λ−=QQ 代表单位表面积在厚度(△x)上由温度梯度(△T)产生的热流量。
两个因子都与导热系数（λ）相关联。
在温度梯度与几何形状固定的情况下，导热系数代表了稳态下需要多少能量才能维持该温度梯度。
导热系数的检测方法有哪些
导热系数的检测方法有哪些？导热系数是表征材料热传导能力的重要物理参数，是工程材料尤其是窑炉材料的热物理特性之一。
在研究和开发新型耐火材料时，研究人员都很重视导热系数这项技术指标，并在冶金工程材料、建筑中作为选择材料的重要依据之一。
所以，准确测定材料的导热系数至关重要。
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1度（K，°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用k表示，单位为瓦/（米•度），w/（m•k）（W/m•K,此处的K可用℃代替）。
目前国内测定耐火材料导热系数通常采用平板法和热线法。
但这两种方法均存在测量精度不高，测量范围较窄等不足。
导热系数方法有：激光闪光法和稳态热流法激光闪光法1961年，Parker等开始了利用激光脉冲技术测量材料的热物理性能的研究，由于这种技术具有测量精度高、测试周期短和测试温度范围宽等优点，得到广泛的研究和应用，经过不断发展和完善，目前激光闪射法已经成为一种成熟的材料热物理性能测试方法。
激光闪射法是目前世界上最先进的材料热物理性能测试方法之一，欧美各国的大部分热扩散数据就是用该方法测定的。
本文介绍的激光闪射法导热系数测定方法是通过直接测量材料的热扩散系数、比热容、密度来计算材料的导热系数。
举例石墨纸测试程序：1) 试样的制备：由于耐火材料多为含颗粒原料的材料，具有明显的非均质性和方向性，因此试样的制备对测定结果影响很大，要严格控制试样的直径、厚度和两个端面的平行度。
典型试样为直径为12．7mm或者25.4mm的圆形试样;2) 试样的处理：为了减少耐火材料对激光脉冲的反射，并增加试样表面对激光脉冲能量的吸收，测试前可以在待测试样的两面均匀喷涂石墨涂层。
石墨涂层可以阻止激光射线和可观察波长段热辐射的穿透，在高温阶段能够抵抗激光脉冲的加热而不融化和蒸发，并且不与试样产生反应;3) 试样的安装与测定：试样经过上述步骤的处理后，即可放入仪器中进行测试。
准稳态法测量比热和导热系数
准稳态法测量比热和导热系数
比热和导热系数是材料物理性质中的两个重要参数。
比热是指单位质量物质在温度变
化下吸收或释放的热量，而导热系数是指在温度梯度下单位面积材料所传导的热量。
准稳
态法是一种常用的测量比热和导热系数的方法。
准稳态法的原理是将材料置于热源和冷源之间，使其温度从热源端到冷源端逐渐降低。
在稳态时，材料的温度分布和热流分布达到了平衡状态，此时材料的导热系数和比热可通
过测量温度和热流来计算得到。
具体实验步骤如下：
1.在实验装置的热源端和冷源端分别接上热源和冷却器，并在中间加装被测材料。
2.启动热源和冷却器，使其保持恒定的温度。
3.通过热电偶等温度计测量被测材料的温度分布。
通常可以在材料表面粘贴一定数量
的热电偶，并通过微型电脑采集数据。
4.通过热流计测量热源和冷源之间传导的热流。
热流计是一种基于热电效应的电子仪器，可以测量电导率和温度梯度来计算热流。
5.通过实验数据计算被测材料的比热和导热系数。
根据热传导定律，可以将热流和导
热系数表示为以下关系：Q=λ×A×(T1-T2)/L，其中Q为热流，λ为导热系数，A为横截
面积，T1和T2分别为热源和冷源的温度，L为材料长度。
由于准稳态法测量过程中需要维持恒定的温度和热流，因此实验装置的设计和操作都
需要具备一定的技术水平。
此外，不同材料的比热和导热系数可能有很大的差异，因此在
实验计算中需要注意各项参数的精确度和精度。
建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法
建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：建筑用材料的导热系数和热扩散系数是评价材料隔热性能的重要参数之一，对于建筑物的保温和节能效果起着关键作用。
为了准确测定建筑材料的导热系数和热扩散系数，研究人员设计了一种全新的测试方法——瞬态平面热源测试法。
瞬态平面热源测试法是一种基于热传导原理的新型测量技术，通过在材料表面施加瞬态热源，观察材料中温度的变化情况，从而计算出材料的导热系数和热扩散系数。
相比传统的试样厚度等不同形式的热传导试验方法，瞬态平面热源测试法有以下优点：瞬态平面热源测试法采用平面热源施加在材料表面，能够模拟实际建筑中的热传导情况，更加贴近实际使用环境，提高了测试的准确性和可靠性。
瞬态平面热源测试法的测试过程简单方便，不需要复杂的试样制备过程，减少了实验中的人为误差。
测试时间较短，可以快速得到建筑材料的热传导参数，提高了研究效率。
瞬态平面热源测试法可以实现对不同材料的导热系数和热扩散系数的高精度测量。
根据瞬态热源施加后材料表面温度的变化情况，可以更加准确地计算出材料的热传导性能，为建筑设计和材料选择提供了重要参考。
瞬态平面热源测试法在建筑材料热传导性能研究中的应用广泛。
通过对不同种类及厚度的建筑材料进行瞬态平面热源测试，可以评估材料的隔热性能，指导建筑节能设计和保温材料的选择。
在新型建筑材料的研发过程中，瞬态平面热源测试法也可以用于评估材料的热传导性能，为材料的改良和优化提供科学依据。
瞬态平面热源测试法是一种有效的建筑材料导热系数和热扩散系数测量方法，具有测试准确、简便快捷、精度高等优点。
在建筑保温节能领域具有广泛的应用前景，将为建筑材料性能评估和建筑节能设计提供重要支持。
期待瞬态平面热源测试法的进一步研究和应用，为建筑行业的可持续发展做出贡献。
第二篇示例：建筑用材料的导热系数和热扩散系数是衡量建筑材料热传导性能的重要指标，它们直接影响建筑物的隔热性能和节能效果。
导热系数测试方法的综述
导热系数测试方法的综述作者：吴清良赖燕玲顾海静梁以流来源：《佛山陶瓷》 2011年第12期吴清良，赖燕玲，顾海静，梁以流（国家陶瓷及水暖卫浴产品质量监督检验中心，佛山528225）摘要：本文介绍了导热系数的五种测试方法，描述各种方法的测试原理及其计算方法。
材料导热系数测试方法各有其特点，在选择时，应该充分考虑测试材料的性质、导热系数范围、测试温度等。
关键词：导热系数；热流计法；防护热板法；圆管法；热线法；闪光法1 前言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内，通1㎡面积传递的热量，用入表示，单位为W/m -K。
陶瓷材料的导热系数是测量其热物理性质的关键。
陶瓷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。
作为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，陶瓷已经成为微电子工业领域的关键材料。
若要在和热相关的领域使用陶瓷材料，则要求精确测量它们的物理性能。
热量传递的三种基本方式是：对流、辐射与传导。
对流是流体与气体的主要传热方式，对固态与多孔材料传热不起重要作用。
对于半透明与透明陶瓷材料，尤其在高温情况下，必须考虑辐射传热，除了材料的光学性质外，边界状况亦能影响传热。
对于陶瓷材料而言，传导是最重要的传热方式，热量的传导基于材料的导热性能——传导热量的能力。
2 导热系数的测试方法常用的导热系数测试方法有：热流计法、防护热板法、圆管法、热线法、闪光法。
(1)热流计法热流计法是一种间接或相对的方法。
它是测试试件的热阻与标准试件热阻的比值。
当热板和冷板在恒定温度和温差的稳定状态下，热流计装置在热流计中心区域和试件中心区域建立一个单向稳定热流密度，该热流穿过一个（或两个）热流计的测量区域及一个（或两个接近相同）试件的中间区域。
ASTM E1461-13 用闪光法测定热扩散率 案例
导热系数测试-激光闪射法美信检测失效分析实验室1. 参考标准ASTM E1461-13用闪光法测定热扩散率的标准试验方法背景：导热系数是表征材料热传导能力的重要物理参数，是工程材料尤其是窑炉材料的热物理特性之一。
在研究和开发新型耐火材料时，研究人员都很重视导热系数这项技术指标，并在冶金工程材料、建筑中作为选择材料的重要依据之一。
所以，准确测定材料的导热系数至关重要。
目前国内测定耐火材料导热系数通常采用平板法和热线法。
但这两种方法均存在测量精度不高，测量范围较窄等不足。
1961年，Parker等开始了利用激光脉冲技术测量材料的热物理性能的研究，由于这种技术具有测量精度高、测试周期短和测试温度范围宽等优点，得到广泛的研究和应用，经过不断发展和完善，目前激光闪射法已经成为一种成熟的材料热物理性能测试方法。
激光闪射法是目前世界上最先进的材料热物理性能测试方法之一，欧美各国的大部分热扩散数据就是用该方法测定的。
本文介绍的激光闪射法导热系数测定方法是通过直接测量材料的热扩散系数、比热容、密度来计算材料的导热系数。
2 案例背景接收到客户石墨纸测试样品，要求根据ASTM E1461-13测试标准完成测试。
3. 测试方法简述A．测试程序：1) 试样的制备：由于耐火材料多为含颗粒原料的材料，具有明显的非均质性和方向性，因此试样的制备对测定结果影响很大，要严格控制试样的直径、厚度和两个端面的平行度。
典型试样为直径为12．7mm或者25.4mm的圆形试样;2) 试样的处理：为了减少耐火材料对激光脉冲的反射，并增加试样表面对激光脉冲能量的吸收，测试前可以在待测试样的两面均匀喷涂石墨涂层。
石墨涂层可以阻止激光射线和可观察波长段热辐射的穿透，在高温阶段能够抵抗激光脉冲的加热而不融化和蒸发，并且不与试样产生反应;3) 试样的安装与测定：试样经过上述步骤的处理后，即可放入仪器中进行测试。
通过计算机控制系统，设定待测试样的试验条件，包括升温时间，试验温度和试验气氛等。
材料的热学性能与测试方法
材料的热学性能与测试方法热学性能是指材料在热传导、热扩散、热传热等方面的性能表现。
它直接影响着材料的热工性能和工程应用。
为了准确评估材料的热学性能，科学家们开发了多种测试方法。
本文将讨论材料的热学性能概念、热传导性、热容性和热膨胀系数等方面，并介绍与之相关的测试方法。
一、热学性能概念在热学领域中，热学性能是指材料在热传导、储热和热膨胀等方面的特性。
它通常通过测量材料的热传导性、热容性和热膨胀系数等参数来评估。
这些参数的测量对于材料的热工设计和性能优化至关重要。
二、热传导性测试方法热传导性是材料传热的重要性能指标，常用的测试方法有热导率测试和热阻测试。
1. 热导率测试热导率是材料在单位时间内传递热量的能力，可以通过热导率测试仪进行测量。
该方法通过测量材料在稳定温度梯度下的热流量和温度差来计算热导率。
2. 热阻测试热阻反映了材料对热传导的阻碍能力，常用的测试方法是通过红外热成像技术或热阻测试仪来测量材料的热阻。
这些测试方法可以精确测量材料的热阻，并且能给出热阻随温度的变化曲线。
三、热容性测试方法热容性是指材料吸热或放热的能力，常用的测试方法有差示扫描量热法（DSC）和热比色分析法（TGA）。
1. 差示扫描量热法（DSC）DSC是一种通过测量样品与参比物在加热或降温过程中所释放或吸收的热量来确定材料的热容的方法。
该方法可以精确测量材料的热峰、热焓、熔点和玻璃转变温度等参数，从而评估材料的热容性能。
2. 热比色分析法（TGA）TGA是一种通过加热样品并监测其质量变化来测量其热容的方法。
该方法可以测量材料在不同温度下的质量损失或质量增加，从而确定其热容性能和热分解温度。
四、热膨胀系数测试方法热膨胀系数描述了材料随温度变化时的尺寸变化情况，常用的测试方法有热膨胀仪和激光干涉仪。
1. 热膨胀仪热膨胀仪能够通过监测材料在加热或降温过程中的长度变化来测量其热膨胀系数。
该方法可以测量材料在不同温度范围内的线膨胀系数和体膨胀系数。
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耐火材料导热系数比热容和热扩散系数试验方法
耐火材料的导热系数、比热容和热扩散系数是评估该材料传热性能的重要指标。
以下是一种常见的试验方法：
1. 导热系数试验方法：
a. 准备测试样品，通常是一个边长约为10 cm的立方体。
b. 在测试样品上标上十字交叉线，以便测量温度分布。
c. 在测试样品上设定一个温度差，例如通过一个热源加热一面，并保持一面冷却，以产生一个稳定的温差。
d. 使用热电偶或红外温度计等仪器测量各个位置的温度。
e. 根据温度差、测试样品的几何尺寸和平均温度梯度计算导热系数。
2. 比热容试验方法：
a. 准备测试样品，通常是一个边长约为10 cm的立方体。
如果样品是粉末状的，则需要先进行密实，以确保结果准确。
b. 将测试样品置于测量装置中，该装置通常包括一个加热元件和一个温度计。
c. 将恒定的热流输入到样品中，并测量样品的温度变化。
d. 根据输入的热量、样品的质量和温度变化计算比热容。
3. 热扩散系数试验方法：
a. 准备测试样品，通常是一个薄片状的样品。
b. 在样品两侧设置稳定的温度差，例如通过一个加热元件和一个冷却器。
c. 使用热电偶或红外温度计等仪器测量各个位置的温度。
d. 根据温度差、样品的尺寸和温度分布计算热扩散系数。
这些试验方法需要仪器设备和专业知识的支持，同时需要注意控制试验条件的稳定性，以确保结果的准确性。
此外，根据不同的标准和要求，可能还可以使用其他试验方法来评估耐火材料的传热性能。