DRX-II-RL導(dǎo)熱儀操作說明

一：儀器概述

該熱物性測(cè)試儀采用先進(jìn)的瞬變熱流法及縱向熱流技術(shù)，具有方便、快捷的特點(diǎn)，可用來測(cè)量各種不同類型材料的熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率以及熱熔，適用的熱導(dǎo)系數(shù)范圍0.015-100W/MK之間，適用樣品類型：固體、粉末、涂層、薄膜、液體、各向異性材料等多種不同形式材料。參照標(biāo)準(zhǔn)GB5598-85,GB11205-89. 適應(yīng)ASTM D5470，但它也使用熱結(jié)構(gòu)-函數(shù)分析以使結(jié)果更準(zhǔn)確，符合MIL-I-49456A，絕緣片材，導(dǎo)熱樹脂，熱導(dǎo)玻纖等。

    該儀器可自動(dòng)測(cè)試薄的導(dǎo)熱材料的熱阻抗與熱導(dǎo)率參數(shù)。這些材料一般在電子封裝業(yè)普遍使用，也可以測(cè)試一些軟的或硬的、半液體或粘性的材料。熱導(dǎo)率是描述材料熱傳導(dǎo)性能的重要參數(shù)。儀器通?？梢赃m應(yīng)測(cè)定熱導(dǎo)率范圍從高到中等的材料，接觸壓力范圍在10-550psi（70-3800Kpa）手動(dòng)加壓或液壓，樣品溫度范圍為15-70℃，也可到600-1000℃，后者需要定制裝置。 測(cè)試時(shí)，樣品被箝緊在兩個(gè)平行的導(dǎo)熱面之間（或者選擇懸浮式非平行面），一面是加熱面，一面是冷卻面，所有數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件采集并分析輸出結(jié)果。

二：主要技術(shù)參數(shù)

1. 樣品：表面：Φ40×（1-20）mm；

2. 導(dǎo)熱系數(shù)范圍：0.005-40W/MK，精度≤±3%,重復(fù)性≤0.5%

3．熱擴(kuò)散率測(cè)量精度：5%

4. 比熱測(cè)量精度：7%（需配比熱測(cè)試模塊）

5. 溫度范圍：室溫-300攝氏度

6. 接觸壓力范圍：50-650kPa （手動(dòng)）

7. 外接循環(huán)冷卻液

8. 配有完整的測(cè)試系統(tǒng)及軟件平臺(tái)。

9. 操作采用全自動(dòng)熱分析測(cè)試軟件，快速準(zhǔn)確對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)過程參數(shù)分析和報(bào)告輸出。

11. 可配接不同的模塊接頭滿足多種環(huán)境下的檢測(cè)。

12．該儀器包含了對(duì)薄的電絕緣材料熱阻的測(cè)試方法。

三：原理簡(jiǎn)介

     熱流測(cè)量能提供一些只靠溫度測(cè)量是無法得到的、非常重要而且詳    盡的數(shù)據(jù)，DRX-II系列熱流儀因?yàn)椴捎眯?zhǔn)裝置而使其具備了*精度和準(zhǔn)確性。其操作也非常的簡(jiǎn)便。DRX-II系列熱流儀廣泛應(yīng)許多個(gè)行業(yè)。原理：熱流分析基于以下原理：如果一薄片的熱傳導(dǎo)率為λ（kcal/mh•℃），厚度為d（m），將其接觸在熱輻射物表面。當(dāng)達(dá)到平衡后，穿過薄片的傳導(dǎo)強(qiáng)度Q（kcal/m2•h或W/ m2）可由以下公式得出：

 Q=λ/d ×△T 

式中△T＝薄片兩邊的溫度差，λ，d均為已知數(shù)據(jù)。

主要特點(diǎn)

 1. 全自動(dòng)操作，包括軟件

 2. 可選固定平行板或懸浮測(cè)試板（根據(jù)用戶需要定）

 *3. 自動(dòng)測(cè)定厚度（根據(jù)用戶需要定）

 4. 可選樣品---溫度控制與溫度批測(cè)試

 *5. 自動(dòng)壓力控制與壓力批測(cè)試（根據(jù)用戶需要定）

 * 6. 受控厚度與壓力測(cè)試模式（根據(jù)用戶需要定）

 7. 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)接口

 8. 內(nèi)置校驗(yàn)程序

 9. 堅(jiān)固的設(shè)備支架

     所有的測(cè)試參數(shù)以及過程均通過人機(jī)交互圖形界面軟件控制。接觸壓力與樣品溫度可以自動(dòng)測(cè)定與控制，數(shù)據(jù)顯示簡(jiǎn)單清晰，并繪制熱參數(shù)對(duì)厚度的曲線圖。通過這些數(shù)據(jù)可以決定表面接觸熱阻以及熱導(dǎo)率。測(cè)試時(shí)間可以自動(dòng)控制以使時(shí)間與精度兩者得到權(quán)衡。設(shè)備需要配置溫度控制的循環(huán)冷卻水浴，以及一臺(tái)聯(lián)想臺(tái)式電腦，用于運(yùn)行Windows-XP，電腦與測(cè)試設(shè)備通過接口連接，電源為220VAC/50Hz。

四：數(shù)據(jù)處理及操作

    標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法

1：儀器對(duì)薄的電絕緣材料熱阻的測(cè)試方法，可以應(yīng)用于厚度在0.2～30mm導(dǎo)熱性單體或復(fù)合片材。“熱導(dǎo)”只適用于均質(zhì)材料。導(dǎo)熱絕緣材料通常是復(fù)合材料，其中包括：填料、黏合劑、增強(qiáng)劑，例如：玻璃纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或是聚合物薄膜鋪層。為了避免混亂，使用“表面熱導(dǎo)”來衡量均質(zhì)和非均質(zhì)材料。計(jì)算熱導(dǎo)有一限制條件：必須測(cè)量試樣的厚度。熱阻的測(cè)量數(shù)據(jù)受到以下因素影響：相關(guān)的壓力、試樣表面特性和其他的傳熱方式。

     參考文獻(xiàn)：

    ASTM標(biāo)準(zhǔn)：D374,固體電絕緣材料的厚度測(cè)試方法；E691，處理實(shí)驗(yàn)室研究的實(shí)例，確定測(cè)試方法的性。E1225，利用G-C-L熱流動(dòng)技術(shù)測(cè)量固體熱導(dǎo)。

     軍事標(biāo)準(zhǔn)：MIL-I-49456A，絕緣片材，導(dǎo)熱樹脂，熱導(dǎo)玻纖增強(qiáng)。

     標(biāo)準(zhǔn)GB5598-85《氧化鈹瓷導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法》等。

2：關(guān)于試樣的定義：

     1、平均溫度（表面），n-面積測(cè)量表示溫度

2、復(fù)合材料，由不同部分構(gòu)成的材料，各部分可以對(duì)材料的性能貢獻(xiàn)是成比例的，或是有協(xié)同效應(yīng)。

     3、熱加速器/傳感器，由絕緣線圈裝配組成，可以提供可測(cè)量的熱量并可以應(yīng)用于判斷溫度。

     4、均質(zhì)材料，材料具有穩(wěn)定的性能，其性能與材料的位置不成函數(shù)關(guān)系。

 5、熱導(dǎo)系數(shù)（λ），熱導(dǎo)的時(shí)速，在穩(wěn)定條件下，通過單元面積的熱流。每單元溫度斜率在垂直該面積上。

      6、熱阻（θ），材料對(duì)熱流動(dòng)的阻礙。

 7、界面熱阻（R_I），溫度的不同會(huì)在試樣表面之間的相關(guān)扁平面上產(chǎn)生熱流動(dòng)。試樣的冷熱表面得到了測(cè)量。

    8、熱阻系數(shù)，它是熱導(dǎo)的倒數(shù)。在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，等于單元熱流等溫面垂直方向上的斜率。

3：符號(hào)的定義

1、λ－熱導(dǎo)，W/m·k

2、T_A－與試樣相關(guān)的高溫面的溫度，℃

3、T_B－與試樣相關(guān)的低溫面的溫度，℃

4、d－試樣厚度，m

5、Q_x－熱流密度，W/m²

6、Q－平均熱流密度，W/m²

7、K_S－熱流傳感器輸出精度

8、U－電壓，μv

4：測(cè)試方法的概要

      1、試樣被夾在兩金屬塊之間，在一定熱作用下壓縮。到達(dá)平衡時(shí)，測(cè)量溫度以及通過樣品的熱流。則導(dǎo)熱系數(shù)便可以計(jì)算出。熱流密度和樣品厚度在計(jì)算表面熱導(dǎo)時(shí)將被用到。

 2、這些測(cè)試方法測(cè)量了低模量絕緣材料的熱導(dǎo)性能，這些材料在電器設(shè)備中提供了導(dǎo)熱性能。

    如果低模量材料鋪層和測(cè)試試樣相粘結(jié)，且無空氣存在，則這些測(cè)試方法對(duì)高模量材料也是適用的。

3、對(duì)于一些試樣來說，由于太薄而不適用于溫度傳感的溫差電偶，而該測(cè)試方法卻很容易得到其熱性能數(shù)據(jù)。該方法還可以避免由于不同壓力、表面狀況、裝配電器設(shè)備的技術(shù)等帶來的困難。

4、實(shí)際上，該測(cè)試方法有以下假設(shè)：1、試樣各層相互粘結(jié)。2、各層之間沒有有效的抗性。在熱阻－積累厚度平面圖中的斜率是由熱導(dǎo)決定的，并沒有考慮界面熱阻。

 5、 該儀器的主要的特征可參考標(biāo)準(zhǔn)上的測(cè)試方法圖，儀器中使用了一個(gè)相關(guān)的熱流計(jì)?？梢缘玫搅鬟^試樣的熱流密度。流經(jīng)試樣的熱流密度是由兩個(gè)熱流傳感器測(cè)量的。各接觸表面處理應(yīng)在0.4цm之內(nèi)。這是為了給與試樣相接觸的測(cè)量棒提供的平面。

6、加熱單元是由銅或是其他高導(dǎo)性的材料構(gòu)成的，且包含有套筒或是相似的加熱線圈。它用熱絕緣材料（環(huán)氧FR－4）與周圍的保溫加熱器相隔離。絕緣材料為5mm厚度。保溫加熱器不受 壓力，以確保所有的測(cè)量能量都傳到高測(cè)量棒上。測(cè)量棒是由高熱導(dǎo)性材料鋁構(gòu)成，并且具有平行的工作表面。

7、冷卻單元是一個(gè)金屬筒，由恒溫池對(duì)其冷卻，恒溫池的溫度變化不能超過±0.2K。 

8、如果試樣周圍環(huán)境需要絕緣，則應(yīng)使用纖維毯。

9、對(duì)于熱阻：從測(cè)試材料中取出一塊，其面積與（長(zhǎng)度和寬度）要和測(cè)量塊一樣。根據(jù)D374中方法C測(cè)量試樣的厚度。

10、對(duì)表面熱導(dǎo)：準(zhǔn)備足夠的試樣來保證所要求的層數(shù)。

    11、試樣條件作用：除非有具體要求，否則試樣測(cè)量應(yīng)在一般被承認(rèn)的條件下測(cè)量。在測(cè)試前，用適當(dāng)?shù)牟环磻?yīng)溶劑除去試樣表面的臟物和明顯的間接污染物，為了確保清潔劑的除去，在清洗完后應(yīng)適當(dāng)?shù)暮娓伞?/span>

12、試樣放于兩個(gè)測(cè)量塊之間。

13、記錄測(cè)量塊的溫度和熱流計(jì)平衡時(shí)的溫度，在沒有使用熱流計(jì)時(shí)記錄加熱器的電壓和電流。 在到達(dá)平衡時(shí)相隔15min進(jìn)行兩次連續(xù)操作的溫度記錄。兩次記錄結(jié)果的差別應(yīng)在±0.2K之間。

14、計(jì)算試樣平均溫度和熱阻，對(duì)單層試樣的熱阻和測(cè)試試樣的熱阻進(jìn)行說明。

15、確定多層材料的熱阻，當(dāng)層數(shù)增加后應(yīng)當(dāng)降低熱流以便使多層材料的測(cè)試溫度和單層材料溫度的差別在±2K之間。

1. 測(cè)試結(jié)果的計(jì)算

    1、熱流密度

    熱流的計(jì)算使用熱流傳感器，計(jì)算流過熱流傳感器的熱流公式如下：

Q_X=U/K_S

Q_X：熱流密度，W/m²

U: 傳感器輸出電壓, μv

K_S ：熱流傳感器輸出精度，μv/(w/m²)

2、導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算

λ=d*Q/( T_A-T_D)

λ：導(dǎo)熱系數(shù)，W/mK

d : 測(cè)試樣品厚度, m

Q ：通過樣品的平均熱流密度，W/m²

T_A：試樣熱表面溫度，℃

T_D：試樣冷表面溫度，℃