光熱輻射背檢測技術對材料熱擴散率的測量研究.pdf

1、本文在光熱輻射(PTR)簡化理論模型的基礎上，利用PTR背檢測技術開展了對金屬體材料和薄層材料熱擴散率的測量研究，準確測量了不同材料的熱擴散率值，獲得的實驗結果準確有效。
　?。?）完成了PTR背檢測技術對金屬體材料熱擴散率的測量研究。首先，根據(jù)三維熱傳導理論及灰體輻射理論，建立了PTR單層簡化理論模型，獲得了PTR背檢測技術的理論。其次，設計并建立了PTR背檢測實驗系統(tǒng)，開展了對標準樣品紫銅和鋁的體材料熱擴散率值的驗證測試。本系

2、統(tǒng)在簡化結構的同時，實驗中測試信號穩(wěn)定，獲得了較好的信噪比，實驗數(shù)據(jù)準確有效，與理論曲線的擬合度高。通過對比振幅—頻率關系及相位—頻率關系的測量結果，得到利用相位信息能夠更加準確有效地測量材料的熱擴散率值。這表明PTR背檢測系統(tǒng)的可靠性和準確性。第三，開展了對其他金屬體材料熱擴散率的測量，樣品的實驗測量值與相應材料的參考值完全一致。分析六種不同材料的測量結果，相對誤差?均小于3.0％。利用參數(shù)對擬合結果進行分析，決定系數(shù)R2均大于97％

3、，一致性參數(shù)var均小于0.01。本文PTR背檢測技術能夠準確測量材料的熱擴散率。
　?。?）完成了PTR背檢測技術對金屬薄層材料熱擴散率值的測量研究。首先，利用ANSYS軟件的熱分析功能對不同厚度的模型內部溫度場分布進行了仿真，通過溫度分布結果可以看出隨著材料厚度降低，薄層材料的導熱性能受邊界影響而不同于厚度較大的體材料。其次，利用PTR背檢測實驗系統(tǒng)對不同厚度的鋁及紫銅薄層材料的熱擴散率值進行測量研究，測得厚度為40um和20

4、um鋁的熱擴散率值分別為78.999mm2/s、68.271mm2/s，厚度為20um和10um紫銅的熱擴散率值分別為90.059mm2/s、83.131mm2/s。分析實驗測量結果，決定系數(shù)R2均大于97％，一致性參數(shù)var均非常小，相比于傳統(tǒng)的PTR檢測方法，本文測量值更加可靠。材料厚度到微米量級時，薄層材料的熱擴散率值要小于相應的體材料熱擴散率值。
　　實驗結果表明本文PTR背檢測技術能夠準確測量材料的熱擴散率，利用相位信息