干货分享！常见导热系数测试方法的优劣势及适用场景

干货分享！常见导热系数测试方法的优劣势及适用场景

导热系数是衡量材料热传导性能的重要参数，对工程设计和材料选择具有重要影响。本文详细介绍了稳态法和瞬态法两大类导热系数测试方法，包括防护热板法、热流计法、激光闪射法等具体方法的原理、优劣势及适用场景，为实验人员选择合适的测试技术提供了全面的参考。

稳态法

稳态法基于傅立叶导热定律，通过保持样品温度梯度不变形成稳态传热，测量样品厚度、温度差、热流量和计量面积等物理量，计算出材料的导热系数。其优点是数据精确可靠，特别适用于低至中等导热系数的材料，但测试周期较长，设备要求较高。

防护热板法

防护热板法（Guarded Hot Plate Method，GHP）是目前公认准确度最高的方法，可用来标定基准样品或热流计。相关标准包括GB/T 10294-2008、ASTM C177-19和ISO 8302:1991。该方法适用于测试导热系数在0~2W/(m·K)之间的材料，具有高准确度和良好重复性，但测试周期长，设备成本高。

图1 防护热板法装置示意图

热流计法

热流计法（Heat Flow Meter Method，HFM）是在防护热板法基础上发展而来，使用经过标定的热流传感器测量穿过样品的热流。相关标准包括GB/T 10295-2008、ASTM C518-17和ISO 8301:1991。该方法适用于导热系数在0.002W/(m·K)~2W/(m·K)之间的材料，测试时间短，装置相对简单，但测试准确度略低，无法进行高温测试。

图2 热流计法装置示意图

防护热流计法

防护热流计法（Guarded Heat Flow Meter Method，GHFM）适用于测试导热系数在0.1W/(m·K)~40W/(m·K)之间的材料。该方法在热流计法基础上增加了热保护炉，以保证测试区域内的热流均匀。相关标准包括ASTM E1530-11。

图3 防护热流计法装置示意图

热流法

热流法（Cylindrical Heat Flow Method，CHF）主要用于测量热界面材料（TIMs）的热阻和总热传导系数。相关标准包括ASTM D5470-2012。该方法适用于厚度在几十到几百个微米的薄样品，能够模拟不同加载力下的样品导热系数测试。

图4 热流法装置示意图

瞬态法

瞬态法通过短时间内对材料施加热量并观察其热响应来计算热导率，具有测试速度快、适用于小样本和非均质材料等特点。但数据处理复杂，对实验操作要求高。

激光闪射法

激光闪射法（Laser Flash Method，LFA）是一种快速非接触测试技术，通过激光脉冲加热样品并测量温度响应来计算热扩散率。相关标准包括GB/T 22588-2008、ASTM E1461-01和ISO 22007-4:2017(E)。该方法适用于固体、液体、膏体和粉末材料，但只能反映样品厚度方向上的热导率，对各向异性材料测试精度不足。

图5 激光法测试装置示意图

瞬态平面热源法

瞬态平面热源法（Transient Plane Source Method，TPS）由瑞典查尔姆斯理工大学研发，通过监测材料中平面探头的温度响应来测量导热系数。相关标准包括GB/T 32064-2015和ISO 22007-2:2022。该方法操作简便，测试范围广，但不适合超高温条件测试。

图6 瞬态平面热源法测试装置示意图

热线法

热线法（Hot Wire Method，HW）通过测量样品中线状导电体的温度变化来确定材料的导热系数。相关标准包括GB/T 10297-2015和ASTM D7896-19。该方法适用范围广，测量时间短，但测试准确度受设备和操作技巧影响较大。

图7 平行热线法测试装置示意图

总结

稳态法在测定低导热材料时具有高准确性和优良重复性，但测试周期长，设备要求高。瞬态法则具有广泛的测试范围和较短的测试周期，但准确性和重复性通常无法达到稳态法的水平。选择合适的测试方法需要综合考虑材料属性、测试需求和设备性能等因素。