一种基于激光闪光法测试透光材料热扩散系数的方法与流程

1.本发明属于材料热物性参数测试技术领域，具体涉及一种透光固体材料热扩散系数测试方法。


背景技术：

2.热扩散系数用于表征材料某一点上的温度扰动传递到另一点的速率，反映了材料传热速率的快慢。这一参数的表征在航空航天、化工、机械等领域有着广泛的应用，是评价材料性能不可缺少的重要参数。热扩散系数的表征方法以瞬态法为主，瞬态法中又以激光闪光法最为经典且应用最为广泛。
3.采用激光闪光法表征材料热扩散系数的原理是使用一定能量且脉冲时间极短的激光束脉冲冲击放置在样品炉内的样品的下表面，使下表面瞬间获得能量，温度升高，检测器采集样品上表面温升信号。这就要求样品下表面能够很好地吸收激光束能量且能阻挡激光束穿透样品直接照射到检测器,gb/t22588-2008闪光法测试热扩散系数或导热系数中针对透光材料测试进行了说明，但部分透光材料喷金后依旧出现透光现象。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的存在的不足，提供一种基于激光闪光法测试透光材料热扩散系数的方法。
5.本发明目的是这样实现的：透光材料经喷金处理后进行热扩散系数测试，即使采用最低激光脉冲能量，也会有部分激光能量直接穿透样品，在温升信号图中会出现对应的透光峰，因此采用不透明的、且热扩散系数大于100mm2/s的导热材料作为遮光片，遮光片厚度为(0.3～0.5)mm；然后使用具有黏合与遮光作用的石墨导电胶喷敷待测样品表面，将遮光片与待测样品紧密贴合；经后处理后，使用激光导热仪对样品进行热扩散系数测试。通过对测试结果的分析，消除了透光峰，提高了测试结果的准确性。
6.本发明采用的具体技术方案如下：
7.一种基于激光闪光法测试透光材料热扩散系数的方法，包括准备遮光片，待测样品与遮光片贴敷，处理待测样品，测试，具体步骤如下：
8.1)准备遮光片：选用不透明且热扩散系数大于100mm2/s的导热材料制作遮光片，遮光片厚度范围为(0.3～0.5)mm，且厚度不超过待测样品厚度20％；
9.2)贴敷待测样品与遮光片：将待测样品一整面喷敷石墨导电胶，然后将遮光片铺放在石墨导电胶上面，且完全覆盖待测样品，使遮光片与待测样品紧密贴合，保证遮光片和待测样品之间无空隙，干燥；
10.3)处理样品：待贴敷遮光片的待测样品完全干燥后，打磨遮光片边缘，使其不超出待测样品边缘，清除碎屑；将待测样品未贴敷遮光片的一面重新喷敷石墨导电胶；
11.4)测试：待步骤3)的石墨导电胶干燥后，即可对贴敷遮光片的待测样品进行热扩散系数测试。
12.进一步地，所述步骤2)中，将石墨导电胶一次均匀完整喷敷于样品表面；遮光片的贴敷应在喷敷石墨导电胶后30s内完成，贴敷后轻微挤压遮光片和透光样品挤出多余石墨导电胶，至少干燥1h，干燥过程置于阴凉干燥无风处自然干燥，避免石墨导电胶干燥过程不均匀导致开裂。
13.本发明的有益效果：
14.本发明涉及的一种基于激光闪光法测试透光材料热扩散系数的方法，解决了现有测试方法中，透光材料经喷金处理后，即使采用最低激光脉冲能量，也会有部分激光能量直接穿透样品，在温升信号图中会出现对应的透光峰，影响测试结果准确性的问题。
15.本发明改变了待测样品传统的喷金等处理方式，采用遮光和黏合作用的石墨导电胶，将不透明的遮光片和待测样品进行复合的方式，消除了透光峰，提高了测试结果的准确性。
16.该方法具有操作方便、适用性广、可靠性高、准确性高、成本低等优点；适用于不同材料采用激光闪光法测试热扩散系数，特别适用于透光材料采用激光闪光法测试热扩散系数的测试表征。
附图说明
17.图1实施例一样品热扩散系数测试所得温升信号图
18.图2对比例一样品热扩散系数测试所得温升信号图
19.图3实施例二样品热扩散系数测试所得温升信号图
20.图4对比例二样品热扩散系数测试所得温升信号图
具体实施方式
21.下面结合实施例来进一步说明本发明，可以使本领域技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
22.实施例中均采用透光材料制品为待测样品。
23.实施例一
24.以聚酰亚胺材料(直径12.7mm，厚度2.5mm，该样品热扩散系数的理论值为0.2473mm2/s)制品为例，详细描述该样品热扩散系数测试过程：
25.(1)准备厚度为0.3mm、直径为12.7mm的圆形高纯石墨遮光片；
26.(2)贴敷透光样品与高纯石墨遮光片：使用石墨导电胶喷敷聚酰亚胺样品一面，使该面完全被石墨导电胶覆盖，喷敷石墨导电胶后30s内，将高纯石墨遮光片铺放在石墨导电胶上面，且完全覆盖聚酰亚胺样品，贴敷后轻微挤压高纯石墨遮光片和聚酰亚胺样品挤出多余石墨导电胶，使高纯石墨遮光片与聚酰亚胺样品紧密贴合，保证高纯石墨遮光片和聚酰亚胺样品之间无空隙，置于阴凉无风处自然干燥，至少干燥1h；
27.(3)处理样品：待贴敷高纯石墨遮光片的聚酰亚胺样品完全干燥后，使用砂纸轻轻打磨边缘，要求边缘平齐，使用洗耳球将样品上的碎屑吹开，将样品清洁干净，将聚酰亚胺样品未贴敷高纯石墨遮光片的一面重新喷敷石墨导电胶；
28.(4)测试：待导电胶干燥后，设定程序电压强度680v脉冲宽度0.5ms进行测试。所得结果见表1，测试所得温升信号图见图1。
[0029][0030]
测试结果表明，与理论值相比，测试结果相对误差为0.24％，准确性较好；同时标准偏差较小，重复性较好。
[0031]
对比例一
[0032]
采用与实施例一相同的样品，采用gb/t 22588-2008闪光法测试热扩散系数或导热系数中所注明的喷金后喷附石墨导电胶的方式对样品进行同参数测试，所得结果见表2，测试所得温升信号图见图2。
[0033][0034]
测试结果表明，与理论值相比，测试结果相对误差为28.71％，且偏差较大，测试所得结果曲线杂乱，与拟合曲线偏差很大。
[0035]
实施例二
[0036]
以聚砜材料(直径10mm，厚度2mm，该样品热扩散系数的理论值为0.2008mm2/s)制品为例，详细描述该样品热扩散系数测试过程：
[0037]
(1)准备厚度为0.15mm、直径为10mm的工业碳化硅遮光片；
[0038]
(2)贴敷透光样品与高纯石墨遮光片：使用石墨导电胶喷敷聚砜样品一面，使该面完全被石墨导电胶覆盖，喷敷石墨导电胶后30s内，将工业碳化硅遮光片铺放在石墨导电胶上面，且完全覆盖聚砜样品，贴敷后轻微挤压工业碳化硅遮光片和聚砜样品挤出多余石墨导电胶，使工业碳化硅遮光片与聚砜样品紧密贴合，保证工业碳化硅遮光片和聚砜样品之间无空隙，置于阴凉无风处自然干燥，至少干燥1h；
[0039]
(3)处理样品：待贴敷工业碳化硅遮光片的聚砜样品完全干燥后，使用砂纸轻轻打
磨边缘，要求边缘平齐，使用洗耳球将样品上的碎屑吹开，将样品清洁干净，将聚砜样品未贴敷遮光片的一面重新喷敷石墨导电胶；
[0040]
(4)测试：待导电胶干燥后，设定程序电压强度680v脉冲宽度0.5ms进行测试。所得结果见表3，测试所得温升信号图见图3。
[0041][0042]
测试结果表明，与理论值相比，测试结果相对误差为-0.35％，准确性较好；同时标准偏差较小，重复性较好。
[0043]
对比例二
[0044]
采用与实施例二相同的样品，采用gb/t 22588-2008闪光法测试热扩散系数或导热系数中所注明的喷金后喷附石墨导电胶的方式对样品进行同参数测试，所得结果见表4，测试所得温升信号图见图4。
[0045][0046]
测试结果表明，与理论值相比，测试结果误相对差为-32.37％，且偏差较大，测试所得结果曲线杂乱，与拟合曲线偏差很大。