ASTM E1225 使用驗證-比較-縱向熱流技術測量固體熱導率

美國材料與試驗協會 (ASTM) 標準「ASTM E1225 使用驗證-比較-縱向熱流技術測量固體熱導率的標準測試方法」描述了一種用於測定均質不透明固體熱導率的穩態技術。此測試方法適用於有效熱導率在 90 K 至 1300 K 溫度範圍內為 0,2 至 200 W/(m·K) 的材料。超出此範圍時，此方法的精度可能會降低。

對於這種技術，如果樣品的表觀熱導率隨厚度或橫截面積的變化不超過正負 5%，則該系統是均勻的。對於由黏合在一起的片材或板材組成的複合材料或非均勻系統，樣品的寬度和厚度應分別大於 20 個單位。一個單位是最厚的片材或板材的厚度，因此直徑或長度的半個單位的變化對錶觀熱導率值的影響小於正負 5%。對於在紅外線下透光或部分透明的系統，由於非均勻性和光子透射率造成的綜合誤差應小於正負 5%。高度透明固體的測量應附上有關紅外線吸收係數的信息，或應將結果報告為表觀熱導率。

在材料科學與工程領域，熱導率是決定材料傳熱效率的關鍵特性。從電子設備的高效能散熱器到航太零件的耐用隔熱層，熱導率對於各種設計都至關重要。 ASTM 提供了嚴格的標準，以確保測量的準確性和可重複性。 ASTM E1225 提供了一種精確的比較方法來評估固體材料的熱導率。該標準支援高性能材料的進步。

本標準主要使用穩態比較熱流技術測量均質固體材料的熱導率，以瓦/米-開爾文表示。此方法特別適用於中等至高熱導率的材料，例如金屬、合金、陶瓷、聚合物、耐火材料、碳、石墨及其複合材料。

此方法透過將測試樣品放置在受控熱流柱中的參考材料之間，確保沿其長度均勻傳熱，從而最大限度地減少熱損失。該技術非常適合從室溫到 1300°C 的溫度範圍，使其適用於室溫和高溫應用。與瞬態方法（例如雷射閃光）不同，這種穩態方法可為工程設計和品質控制提供高精度資料。此標準不適用於孔隙率高、各向異性或低電導率的材料，建議使用者使用其他方法，例如適用於泡沫的 ASTM C518 或適用於瞬態平面焊接方法的 ASTM E1461。

ASTM E1225 標準的精髓在於採用受保護的熱流裝置來產生均勻的溫度梯度。在設定測試設備時，

• 柱體設定：中央熱量計（測試樣品）周圍環繞著已知電導率的上下參考材料。柱體周圍設有屏蔽層，以防止輻射熱損失。
• 加熱和冷卻：頂部的電加熱器產生恆定的熱流，而底部的冷盆則保持較低的溫度。熱電偶（或稱電阻溫度計）可監測多個點的溫度。
• 保護機制：保護裝置中的輔助加熱器適應柱的溫度曲線，僅提供縱向（軸向）熱流。

在樣品製備過程中，從材料上切割出圓柱形或矩形樣品（通常直徑為 25-50 毫米，長度為 50-150 毫米），確保平行度和表面平整度為 0,025 毫米。將參考樣本堆放在柱體上，在介面處塗抹導熱矽脂，並使用標準參考材料（例如，NIST 可溯源的石英或金屬）進行校正。

測量過程中，施加熱量以在樣品上形成穩態梯度。記錄溫度、熱輸入和尺寸。 k值使用傅立葉定律計算。此外，接觸電阻、輻射和不穩定性也使用本標準中給出的公式進行校正。報告時，k值應包含在指定的平均溫度、不確定度（通常為±3-5%）和環境條件下。

ASTM E1225 標準廣泛應用於熱管理至關重要的產業：

• 電子和半導體：測量散熱器、熱界面材料和基板的熱導率，以優化 CPU 和 LED 的冷卻、減少熱點並延長設備壽命。
• 航空航太和汽車：透過評估渦輪葉片、電動車電池組和熱交換器的複合材料和合金，支援可承受極端溫度的輕量化設計。
• 能源和建築：透過評估熔爐中的耐火材料和建築圍護結構中的絕緣材料，幫助確保節能係統和法規遵循。
• 研究和生產：為使用奈米材料和 3D 列印機生產的零件提供研發品質保證。

我們擁有一支經驗豐富、能力卓越的團隊，了解客戶的需求，為他們提供所需的先進測試服務，並協助他們建立、實施和改善管理系統。此外，我們也提供符合 ASTM E1225 標準（使用符合性驗證-縱向熱流技術進行固體熱導率測試）的測試服務。