ASTM E1225 使用验证-比较-纵向热流技术测量固体热导率

美国材料与试验协会 (ASTM) 标准“ASTM E1225 使用验证-比较-纵向热流技术测量固体热导率的标准测试方法”描述了一种用于测定均质不透明固体热导率的稳态技术。该测试方法适用于有效热导率在 90 K 至 1300 K 温度范围内为 0,2 至 200 W/(m·K) 的材料。超出此范围时，该方法的精度可能会降低。

对于这种技术，如果样品的表观热导率随厚度或横截面积的变化不超过正负 5%，则该系统是均匀的。对于由粘合在一起的片材或板材组成的复合材料或非均匀系统，样品的宽度和厚度应分别大于 20 个单位。一个单位是最厚的片材或板材的厚度，因此直径或长度的半个单位的变化对表观热导率值的影响小于正负 5%。对于在红外线下透光或部分透明的系统，由于非均匀性和光子透射率造成的综合误差应小于正负 5%。对高度透明固体的测量应附上有关红外吸收系数的信息，或者应将结果报告为表观热导率。

在材料科学与工程领域，热导率是决定材料传热效率的关键特性。从电子设备的高效散热器到航空航天部件的耐用隔热层，热导率对于各种设计都至关重要。ASTM 提供了严格的标准，以确保测量的准确性和可重复性。ASTM E1225 提供了一种精确的比较方法来评估固体材料的热导率。该标准支持高性能材料的进步。

本标准主要使用稳态比较热流技术测量均质固体材料的热导率，以瓦/米-开尔文表示。该方法特别适用于中等至高热导率的材料，例如金属、合金、陶瓷、聚合物、耐火材料、碳、石墨及其复合材料。

该方法通过将测试样品放置在受控热流柱中的参考材料之间，确保沿其长度均匀传热，从而最大限度地减少热损失。该技术非常适合从室温到 1300°C 的温度范围，使其适用于室温和高温应用。与瞬态方法（例如激光闪光）不同，这种稳态方法可为工程设计和质量控制提供高精度数据。该标准不适用于孔隙率高、各向异性或低电导率的材料，建议用户使用其他方法，例如适用于泡沫的 ASTM C518 或适用于瞬态平面焊接方法的 ASTM E1461。

ASTM E1225 标准的精髓在于采用受保护的热流装置来产生均匀的温度梯度。在设置测试设备时，

• 柱体设置：中央热量计（测试样品）周围环绕着已知电导率的上下参考材料。柱体周围设有屏蔽层，以防止辐射热损失。
• 加热和冷却：顶部的电加热器产生恒定的热流，而底部的冷盆则保持较低的温度。热电偶（或称电阻温度计）可监测多个点的温度。
• 保护机制：保护装置中的辅助加热器适应柱的温度曲线，仅提供纵向（轴向）热流。

在样品制备过程中，从材料上切割出圆柱形或矩形样品（通常直径为 25-50 毫米，长度为 50-150 毫米），确保平行度和表面平整度为 0,025 毫米。将参考样品堆放在柱体上，在接口处涂抹导热硅脂，并使用标准参考材料（例如，NIST 可溯源的石英或金属）进行校准。

测量过程中，施加热量以在样品上形成稳态梯度。记录温度、热输入和尺寸。k值使用傅立叶定律计算。此外，接触电阻、辐射和不稳定性也使用本标准中给出的公式进行校正。报告时，k值应包含在指定的平均温度、不确定度（通常为±3-5%）和环境条件下。

ASTM E1225 标准广泛应用于热管理至关重要的行业：

• 电子和半导体：测量散热器、热界面材料和基板的热导率，以优化 CPU 和 LED 的冷却、减少热点并延长设备寿命。
• 航空航天和汽车：通过评估涡轮叶片、电动汽车电池组和热交换器的复合材料和合金，支持可承受极端温度的轻量化设计。
• 能源和建筑：通过评估熔炉中的耐火材料和建筑围护结构中的绝缘材料，帮助确保节能系统和法规遵从性。
• 研究和生产：为使用纳米材料和 3D 打印机生产的零件提供研发质量保证。

我们拥有一支经验丰富、能力卓越的团队，了解客户的需求，为他们提供所需的先进测试服务，并协助他们建立、实施和改进管理体系。此外，我们还提供符合 ASTM E1225 标准（使用符合性验证-纵向热流技术进行固体热导率测试）的测试服务。