基于4KG-M制冷機的固體材料低溫?zé)釋?dǎo)率測量研究.pdf

1、熱導(dǎo)率是物質(zhì)的基本熱物性參數(shù)之一。隨著低溫技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、航天技術(shù)的發(fā)展及在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，低溫?zé)釋?dǎo)率的測量已經(jīng)不僅僅是物理研究的重要手段，也能夠為工程應(yīng)用提供必要的參考數(shù)據(jù)。
　　即便對于相同種類的固體材料而言，其熱導(dǎo)率仍然會隨著溫度、成分、雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)缺陷等因素的變化而變化。且隨著科技的進(jìn)步，新型材料不斷涌現(xiàn)，此類材料的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)（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(xiàn)所給出的數(shù)據(jù)之間仍然存在一定差別

2、。因此，為了填補國內(nèi)外特定材料低溫?zé)嵛镄詤?shù)數(shù)據(jù)庫的空白，為科研、工程等領(lǐng)域提供可靠的技術(shù)支撐，對固體材料低溫?zé)釋?dǎo)率測量方法的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。
　　本文根據(jù)傅立葉一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱定律，以一臺1W@4.2K二級G-M制冷機為冷源，設(shè)計了一套可用于測量固體材料在2.5?300 K溫度范圍內(nèi)熱導(dǎo)率的實驗，主要內(nèi)容如下：
　　1)在比較和分析了前人有關(guān)固體材料低溫?zé)釋?dǎo)率測量研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套固體材料低溫?zé)釋?dǎo)率測量實驗裝

3、置，具體包括實驗系統(tǒng)、真空腔結(jié)構(gòu)、樣品架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)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(jié)，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(shù)據(jù)處理方法，并對實驗系統(tǒng)誤差分析以及漏熱分析進(jìn)行了討論，從而確保了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；
　　4)以不同材料為測量對象，進(jìn)行了一系列實驗。首先通過對304型不銹鋼樣品進(jìn)行驗證試驗，驗證了實驗裝置、測量方法以及數(shù)據(jù)處理方法

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