GB/T8722-2019
炭素材料导热系数测定方法
Testmethodforthermalconductivityofcarbonmaterials
- 中国标准分类号（CCS）Q51
- 国际标准分类号（ICS）29.050
- 实施日期2020-07-01
- 文件格式PDF
- 文本页数8页
- 文件大小610.56KB
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炭素材料导热系数测定方法
国家标准 GB/T8722一2019 代替GB/T8722一2008 炭素材料导热系数测定方法 Testmethodforthermalconduetivityofcarbonmaterials 2019-12-10发布 2020-07-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花警理委员会国家标准
GB/T8722一2019 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准代替GB/T87222008(《石墨材料中温导热系数测定方法》,本标准与GB/T8722一2008相 比,主要技术内容变化如下 -增加了术语和定义见第3章); -增加了纵向热流法试样取样方向(见4.4.1) 修改了纵向热流法试验测定次数(见4.5.6,2008年版的6.6) -增加了闪光法(见第5章); 修改了试验报告内容(见第6章,2008年版的第9章). 本标准由钢铁工业协会提出
本标准由全国钢标准化技术委员会(SAc/TC183)归口
本标准起草单位中钢集团新型材料(浙江)有限公司、平煤神马集团开封炭素有限公司,常州 鑫能材料检验检测有限公司,山西晋阳碳素有限公司,大同宇林德石墨新材料股份有限公司冶金工业 信息标准研究院
本标准主要起草人黄岱、杨辉,郑景须、徐建平、毛玉珍、陈文来、万建民、吴建国,张惠兵,康进才 赤义能、段学良、杨吉庆 本标准所代替标准的历次版本发布情况为 GB/T87221988,GB/T87222008
GB/T8722一2019 炭素材料导热系数测定方法 范围 本标准规定了炭素材料导热系数术语和定义、原理、仪器设备,试样要求、试验步骤、结果计算,试验 报告等
本标准适用于炭素材料导热系数的测定
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
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GB/T1427炭素材料取样方法 GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 导热系数thermalconduetiity 单位时间内在单位温度梯度下沿热流方向通过材料单位面积传递的热量,用于表征材料导热 能力
方法一;纵向热流法 4.1范围 适用于块状炭素材料100C一800C导热系数的测定
4.2原理 采用直接通电纵向热流法
圆柱试样通过直流电时,产生的热量主要沿试样纵向向两端传导
达 热稳定状态后,认为试样上是一维纵向热流,对试样和侧向环境热交换予以修正
4.3仪器设备 125 4.3.1千分尺;量程为0mm nmm,精度0.01mm
4.3.2游标卡尺;精度0.02mm 4.3.3镍铬-镍硅铠装热电偶;裸露式
热电偶丝直径0.4mm~0.5mm. 4.3.4精密数字温度显示仪;分辨率0.1C,精度士1.3%
4.3.5直流数字电压表;分辨率0.001mV,精度士0.006%.
4.3.6定值分流器;500A/75mV,0.2级,配以相应精度直流毫伏表
或4.3.5中规定的数字电压表
GB/T8722一2019 1~140 4.3.7对开式防热炉;炉膛规格为直径50mm士2mm,长度135mm mm
炉内加相应尺寸的金 属均热管,厚度为0.8mm~1.5mm,其上纵向温度接近二次抛物线分布,均热管横断面上各点间温差 小于5C
均热管和试样之间填充软质绝热材料,如硅酸铝纤维毡等
4.3.8精密温度控制仪;控温精度士0.1C
4.3.9试样加热供电设备: 电子交流稳压器;5kVA: 自鹏变压器;5kVA; 变压器;初级220V/23A,次级12V/411A; 整流柜;最大电流500A，经滤波的电流波纹因数小于0.65%,电流稳定度大于士0.3%
试样加热的测量示意图如图1所示
说明: 定值分流器; -毫伏表; -转换开关 -试样
图1纵向热流法试样加热测量示意图 4.3.10真空系统;包括真空泵,扩散泵和真空炉罩,其真空度为0.133Pa
4.3.11无电动势转换开关
4.4试样要求 4.4.1取样;按GB/T1427的规定进行,但试体长度不小于190mm,注明取样方向
44.2规格直径16mm士0.06mm.长度160mm士1mm,要求试样表面无明显刀痕
4.4.3试样工作区间:30.6mm一40mm 4.4.4在同一轴剖面上钻三个直径1.5mm,深1mm的测温小孔,同时要求两端孔到中心孔距离之差 小于0.3mm
4.5试验步骤 4.5.1试验条件;当试样温度在5min内变化不大于2C时,认为被测系统达到了热稳定状态,此时测 得的数据有效
通过试样电流大小应使试样中点的温度接近防热炉的中点温度,保证使试样和侧向环 境温度差的函数的绝对值小于5C
通过调节试样两端水冷电极的冷却水流量,使试样两端温差相接 近,并使试样中点与两端平均温度差不低于9C,不高于120
4.5.2装样:要求试样与水冷电极紧密接触
4.5.3测量试样温度的热电偶插人测温小孔,使其接触电阻尽量保持一致
同时调整测量侧向环境温
GB/T8722一2019 度的热电偶位置与之相对应
共热点插人绝热层约5mm,它到试样轴心线距离为18mm一22mm. 4.5.4整个试验真空度低于13.3Pa
4.5.5将防热炉通电,当被测系统达热平衡后,测量并记录试样和侧向环境温度,然后试样通电加热到 相应温度,当再次达热平衡后,测量并记录各点温度和通人试样的电流,工作区间电压
4.5.6每次测量重复不少于3次,取其平均值进行计算
4.6结果计算 4.6.1试样导热系数(a)按式(1)计算,保留小数点后1位,数值修约按GB/T8170的规定
IVI 入=0.636× (A-eN 式中: 试样的导热系数,单位为瓦每米开尔文[w/m
K]; 通人试样的电流,单位为安培(A); 试样工作区间平均电压降,单位为毫伏(mV); 试样工作区间平均长度,单位为毫米(m mm; d 试样直径,单位为毫米(mm); 试样工作区间中点和两端点间的平均温度差,单位为摄氏度(C); A 反映侧向热交换大小的系数; N 一试样和侧向环境温度差的函数,单位为报氏度(C) A1,e,N由下列各式计算 t1十t 41=t A2=t2 N =t？ t
tom ?=t0 lo1十to3 A？=t N
=to2一to2十 式中: 试样通电时试样端点、中点、另一端点的温度,单位为摄氏度(C); 试样通电时测向环境端点、中点、另一端点的温度,单位为摄氏度(C); 试样不通电时试样端点、中点、另一端点的温度,单位为摄氏度(C) ol\l0g、tn8 试样不通电时测向环境端点中点,另一端点的温度,单位为摄氏度(); lol、lo2、lo3 A" 试样不通电时试样中点和两端点间的平均温度差,单位为摄氏度(C); 试样不通电时侧向环境中点和两端点间的平均温度差,单位为摄氏度(C); A9 A 试样通电时侧向环境中点和两端点间的平均温度差,单位为摄氏度(C). N 试样不通电时试样和侧向环境温度差的函数,单位为摄氏度(C). 试样平均温度1,由式(9)确定
GB/T8722一2019 !=t一 9 4.6.2将测得的平均值,分别代人式(1)式(9),则得各试验点实测导热系数
4.6.3根据各温度下导热系数的实测值,用作图法求出温度与导热系数的关系,并由此关系得出对应 -定温度下的导热系数值,作为正式结果发出报告
试验误差 相对误差士6%
5 方法二:闪光法 5.1范围 闪光法适用于室温至2500C炭素材料导热系数的测定,热脉冲可直接从气孔物理穿过的多孔材 料除外
5.2原理 薄圆片试样受高强度短时脉冲能量辐射,试样正面吸收脉冲能量使背面温度升高,记录试样背面温 度的变化
根据试样厚度和背面温度达到最大值的某一百分率所需时间计算出试样的热扩散系数
由 试样的热扩散系数、比热容及体积密度即可计算出导热系数
5.3仪器设备 5.3.1激光导热仪:基本构成包括闪光源、试样支架、环境控制装置、温度探测器和记录装置
设备至 少确保以下要求;试样装人试样支架后应与激光脉冲同轴、遮光圈和激光束覆盖试样、探测器和试样背 面中心同轴、用安全连锁开关防止激光直接外漏或反射
5.3.2干燥箱:具有自动调温装置,能保持温度在105C115C
5.3.3分析天平;精度0.lmg
mm25mm, 5.3.4 千分尺:量程为01 ,精度0.01 mm
5.3.5干燥器,内装干燥剂
5.3.6无水乙醇(化学纯)
5.3.7 去离子水
5.4试样要求 试样为薄圆片状,直径为10mm13mm,厚度为2mm一4mm(选择试样厚度以确保达到最高温度的 半所需的时间在10ms一1000ms)
推荐试验尺寸为直径12.5mm士0.05mm,厚度2mm士0.02mm,试样表 面平行度小于或等于0.015mm
在材料允许的情况下,试样粗糙度Ra小于或等于0.8m 5.5试验步骤 5.5.1为排除试样制备过程中可能的污染,推荐先后使用无水乙醇、,去离子水超声清洗样品表面
然 后将试样放人110C干燥箱内烘2h取出,贮存于干燥器内冷却至室温备用
5.5.2用分析天平称量试样,精确至0.1mg;用千分尺测量试样尺寸,直径测2次,厚度测4次,取平均 值,计算得出体积密度
5.5.3将试样装人试样支架中,如需要则抽真空或充人惰性保护气体并升温
5.5.4测定试样的温度(如系统不能自动测定的话)
GB/T8722一2019 5.5.5脉冲发生后,监控初始的或处理过的温度曲线以确定合适的能量范围
5.5.6在所有情况下,应对温度的稳定性进行手动或自动校验,使其在规定范围内,不可在温度不稳定 的情况下进行试验
5.5.7采集基线和瞬时温度升高及冷却数据,计算分析数据结果 5.5.8按要求改变或设定测定温度,重复数据采集过程,在不同温度下进行测试;如有必要,在每一测 试温度下,对试样的冷却或重复升温过程进行循环测试
5.6结果计算 先确定基线和最高温升,得出温度变化AT,再确定从起始脉冲开始到试样背面温度升至最高所 然后按式(10)计算热扩散系数a 需的一半时间t12， a=0.13879L2/t1 10 导热系数(入)计算见式(11) 1) d
Cp 式(10、式(11)中: 试样厚度,单位为米(m); -导热系数,单位为瓦每米开尔文[w/mK] -热扩散系数,单位为平方米每秒(m'/s); -比热容,单位为焦耳每千克开尔文[/kgK)] -体积密度,单位为千克每立方米(kg/mi). 热扩散系数及体积密度为试验测试所得,比热容可由测试所得,推荐石墨比热容见表1
表1推荐石墨比热容 T/"C /[J/(kgK力 T/ G,/[J/kgK)] T/C c/[J/kgK)] cp/ 25 709 827 1859 l627 2087 125 980 927 1905 1727 2100 225 1202 1027 1942 1827 211 1373 1127 1975 325 1927 2127 427 152o 1227 2002 2 027 2 140 527 1636 1327 2028 2127 2155 2 627 1726 1427 2050 2227 168 727 1797 1527 2070 导热系数结果保留小数点后两位,热扩散系数结果保留小数点后三位,数值修约按GB/T8170的 规定进行
6 试验报告 试验报告包括下列内容: 委托单位 a b 试样编号、名称,规格 试验条件; c d)试验结果
GB/T8722一2019 试验单位; e fD 试验人员; 试验日期 8 h)试验方法
炭素材料导热系数测定方法GB/T8722-2019
炭素材料是一种重要的工业原料，具有很高的导热性能。导热系数是炭素材料的一个重要物理参数，对于炭素材料的研究和应用具有重要意义。而GB/T8722-2019标准则是我们测量炭素材料导热系数的指导标准。
1. 测量原理
在GB/T8722-2019标准中，炭素材料导热系数的测量是采用热板法进行的。即利用测量样品两侧温差、导热板厚度及面积等参数，计算出样品的导热系数。
具体步骤如下：
- 将被测样品固定在两个导热平板之间，并保证两侧接触紧密，无气泡存在。
- 使热板温度分别为T1、T2，记录两侧温差ΔT。
- 根据导热板的厚度和面积等参数计算出热传导系数λ。
2. 测量注意事项
在进行炭素材料导热系数的测量时，需要注意以下几点：
- 样品的表面应平整光滑，避免存在凹凸不平或气泡等影响测量的因素。
- 测量过程中应保证样品两侧温度稳定，并且温差不宜过大以免影响测量精度。
- 在进行实验前需对仪器进行预热处理。
3. 结论
通过GB/T8722-2019标准所规定的热板法，可以准确地测量炭素材料的导热系数。该方法具有操作简单、测量精度高等优点，被广泛应用于炭素材料的质量检测和研究领域。
