基于4KG-M制冷機的固體材料低溫熱導率測量研究.pdf

1、熱導率是物質的基本熱物性參數之一。隨著低溫技術、超導技術、航天技術的發(fā)展及在工程領域的廣泛應用，低溫熱導率的測量已經不僅僅是物理研究的重要手段，也能夠為工程應用提供必要的參考數據。
　　即便對于相同種類的固體材料而言，其熱導率仍然會隨著溫度、成分、雜質、結構缺陷等因素的變化而變化。且隨著科技的進步，新型材料不斷涌現，此類材料的熱導率數據（尤其是在低溫環(huán)境下）往往十分缺乏。另外，對于某些材料，不同文獻所給出的數據之間仍然存在一定差別

2、。因此，為了填補國內外特定材料低溫熱物性參數數據庫的空白，為科研、工程等領域提供可靠的技術支撐，對固體材料低溫熱導率測量方法的研究具有非常重要的現實意義。
　　本文根據傅立葉一維穩(wěn)態(tài)導熱定律，以一臺1W@4.2K二級G-M制冷機為冷源，設計了一套可用于測量固體材料在2.5?300 K溫度范圍內熱導率的實驗，主要內容如下：
　　1)在比較和分析了前人有關固體材料低溫熱導率測量研究的基礎上，設計了一套固體材料低溫熱導率測量實驗裝

3、置，具體包括實驗系統(tǒng)、真空腔結構、樣品架結構、數據采集系統(tǒng)等；
　　2)通過多次實際操作以及不斷地嘗試和總結，提出了分別適用于低溫區(qū)測量和高溫區(qū)測量的具體實驗操作方案；
　　3)比較和分析了不同的數據處理方法，并對實驗系統(tǒng)誤差分析以及漏熱分析進行了討論，從而確保了測量結果的準確性和可靠性；
　　4)以不同材料為測量對象，進行了一系列實驗。首先通過對304型不銹鋼樣品進行驗證試驗，驗證了實驗裝置、測量方法以及數據處理方法

4、的可靠性，隨后分別對若干不同種類的材料進行了測量，得到了它們在相應測量溫度范圍內的熱導率數據；
　　5)在實驗測量的基礎上進行了一些理論分析，包括采用熱阻模型理論推導了環(huán)氧樹脂超導線復合材料的熱導率，以及對304型不銹鋼樣品的溫度場進行了數值模擬計算，討論了樣品上的溫度計孔對其內部一維溫度分布的影響。
　　實驗和研究結果表明，采用本套實驗裝置以及相應的測量方法能夠獲得較為準確可靠的固體材料低溫熱導率數據，且實驗操作簡便，成本