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(zhì)的基本熱物性參數(shù)之一。隨著低溫技術(shù)、超導技術(shù)、航天技術(shù)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(jīng)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(shù)據(jù)。
　　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(zhì)、結(jié)構(gòu)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(xiàn)，此類材料的熱導率數(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)外特定材料低溫熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫的空白，為科研、工程等領域提供可靠的技術(shù)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(xiàn)實意義。
　　本文根據(jù)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(nèi)熱導率的實驗，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(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行了討論，從而確保了測量結(jié)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(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行了測量，得到了它們在相應測量溫度范圍內(nèi)的熱導率數(shù)據(jù)；
　　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(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(shù)據(jù)，且實驗操作簡便，成本