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第 28 卷 第 8 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol . 28 No. 8 2006 年 8 月 Journal of University of Science and Technology Beij ing Aug. 2006 激光脉冲法测量硬硅钙石绝热材料热扩散率 魏高升 　张欣欣 　于 　帆 　陈　奎 北京科技大学机械工程学院 , 北京 100083 摘 　要 　本文采用非线性参数估计方法来确定硬硅钙石型微孔硅酸钙绝热材料的热扩散率. 首先 将绝热材料夹在两个金属片之间制成夹层结构试样 ,采用激光脉冲法测量试样背面温升 ;然后通 过理论温升曲线与实验测得的温升曲线的拟合 ,来估计绝热材料的热扩散率. 采用非线性参数估 计可同时估计出热扩散率 、散热系数以及试样吸收的能量. 通过实验确定出进行热扩散率测量的 绝热材料最佳厚度为 16～19 mm ; 由试样厚度精度和接触热阻所引起的测量误差在 58 %以内. 关键词 　绝热材料 ; 硬硅钙石 ; 热导率 ; 激光脉冲法 ; 参数估计 分类号 　TB 35 ; T K 12 1 　　绝热材料的热导率 、热扩散率等参数通常采 热损失的影响, 因此获得的结果是可靠的, 解决了 用平板法 、径向热流法等稳态测量方法来测量, 有 激光脉冲法难于测量低导热系数材料热物性的难 时也采用热线法 、平面热源法等非稳态测量方 题. 法[ 1 2] . 这些方法的共同缺点是所需样品都相对 1 　模型与参数 较大, 在一些特殊场合下, 尤其是在新产品的研制 中, 如果所能得到的样品较小, 就很难采用这些方 11 　理论模型 法来测量. 激光脉冲法热扩散率测试技术, 自 　　测量绝热材料热扩散率的物理模型如图 1 所 196 1 年由 Parker[ 3] 等首先提出并研制成功后, 经 示. 当试样前表面受到均匀激光脉冲的瞬时加热 过多年的发展和完善, 目前已成为非稳态法中应 时, 忽略侧壁面的热损失, 柱体内的传热可视为一 用最为广泛和最受欢迎的方法之一, 具有测试周 维的, 通过拉普拉斯变换, 此一维传热过程可由下 期短 、所需样品小 、测温范围广 、适用材料广泛等 面的热四端网络来描述[ 10] : 诸多优点, 常用来测量金属材料 、导体 、半导体材 料以及建筑材料的热扩散率[ 4 5] , 也有研究者用 其测量薄膜材料 、液体 以及多层材料 的热扩散 率[ 6 9] . 但是很少用其测量绝热材料的热扩散率, 主要原因是 :绝热材料导热能力很差, 热过程时间 较长, 因此热损失不能忽略; 另外绝热材料多为多 孔材料, 采用激光脉冲法存在辐射击穿问题, 不能 满足能量表面瞬间吸收的条件. 本文致力于激光 脉冲法测量绝热材料热扩散率的研究. 将绝热材 图1 　激光脉冲法测量绝热材料热扩散率的物理模型 料夹在两个金属片之间, 以解决辐射击穿和试样 Fig. 1 　Physical model f or the thermal diff usivity measurement on insulation materials by the laserflash method 背面温度测量困难问题. 通过对实验得到的温度 　 - 时间曲