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25.Oct.2021

熱傳導TC 材料於不同溫度區段的熱傳導測試應用

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熱傳導係數是衡量材料中傳遞熱量的能力。它與溫度有關,因此會受到例如材料缺陷和自由電子濃度的影響。一般來說,溫度與熱導率的關係主要是受到傳熱機制的影響。在純金屬中,熱量主要通過自由電子傳遞,使得熱導率隨溫度升高而降低;在電絕緣材料中,能量傳輸以晶格振動為主,而晶格振動通常會造成熱導率隨著溫度的升高而增加。在廣泛的溫度範圍中,熱傳導係數與溫度之間的關係通常是非線性的。此外,相同材料會因為不同樣品&批次造成很大的差異,因此如何套用理論推算材料熱導率隨溫度的變化同時透過實驗方法加以驗證則至關重要。
 
Hot Disk針對不同溫度區段的熱傳導量測提供了相對應的解決方案,包含基於TPS原理的量測主儀器並搭配溫度控制裝置 (TCU),可以應對各種溫度變化的測量情況。每個TCU裝置都可以透過Hot Disk軟體進行控制,從而允許客戶根據目標溫度執行瞬態熱傳導測量。

在本次應用說明中,使用Hot Disk搭配TCU元件量測熔融石英在 -20°C 至 1000°C之間的熱傳導特性。熔融石英是一種導熱性材料,其導熱特性與溫度具有良好的依賴性,由於其化學穩定性,它也是一種適用於高溫測試的示範材料。
 
Sample: Fused quartz (diameter 60 mm, thickness 20 mm)
TCU: Liquid bath (temp range of operation: -20 ~ 180°C)
Convection Oven (temp range of operation: RT ~ 300°C)
Tube Furnace (temp range of operation: 100 ~ 1000°C)
Hot Disk instrument: TPS 3500
Hot Disk Sensor: 4922, Kapton insulated (for temperature < 300°C)
4922, Mica insulated (for temperature > 300°C)
Measurement Transient time: 80 s
Measurement Heating Power: 400 mV
 
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▲圖一. 熔融石英熱導率與溫度的函數關係
由Hot Disk測量(紅色),同時比較由 Guarded Hot Plate 測量獲得的Ref. 1(藍色)以及從TDTR測量獲得的Ref. 2(灰色)。
 
在熔融石英樣品的量測證明了測量高達 1000°C 的熱導率能力。使用三種不同的TCU藉此達到 -20 ~ 1000°C之間的廣泛溫度範圍。測量結果證明與文獻數據非常吻合,直至500°C的量測數值皆和其他量測方法具有良好的匹配性,誤差皆小於5%。用於相關材料的高溫熱傳導量測,Hot Disk也做為一套絕佳的量測工具。
 

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▲Hot Disk TPS3500
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 ▲Hot Disk管式高溫爐(Maximum: 1000°C)
 

 

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