激光閃射法測量耐火材料的熱物理性能

趙 璇 王立波

（淄博市產品質量監督檢驗所，山東 淄博 255000）

碳復合耐火材料源于1970年，其是兩種或者兩種以上不同性質的耐火氧化物和碳素材料以及非氧化物材料為主要原料，然后用碳素材料為結合劑所制造成的多相復合材料。碳復合耐火材料具有了良好的抗熱震性能，主要是因為其有著較高的導熱性能，而其中的高導熱是導致熱損失的主要原因。

1 碳復合耐火材料導熱系數測量方法

現階段，測量碳和計算工業爐的熱傳遞的主要方法是脈沖激光閃光法。激光束閃光法的原理適用于室內溫度為200－2000℃，導熱系數為的耐火材料。0.05－2000w／（m·K）。該試驗的精度誤差在5%左右。對于高導熱性，破碎后的降溫碳含量較高的鋼件，最好采用激光閃光法。在大多數情況下，激光束閃光方法包括幾個具體步驟。

1.1 熱擴散系數的測量

在相對穩定的電流狀態下，脈沖激光源此時不會產生激光束電脈沖，均勻地照射到實驗的后下表面樣品。之后實驗樣品的下表面被太陽光能量吸收，室內溫度升高銳利的。那個下半身表面是熱端，而生命能量只是一條一維的熱傳導路徑，傳遞到熱電偶。使用中紅外探測器后，通過連續準確地測量上部中心的相關加熱過程來獲得樣品的溫度表面。那個室內溫度T與時間T的關系。當樣品上表面溫度下降或上升到最小值的一半時TM，t1／2（半加熱時間）。

1.2 比熱容的測量

可以使用標準相關文獻值或差示直接掃描量熱法（DSC）來準確測量樣品的比熱，但通常大多數實驗室會同時使用激光束閃光法測量熱擴散率并進行比較。，它具有與測試樣品相同的圓形形狀，相似的總體厚度，相似的熱性能，相同的外表面結構（精致的光滑度）和已知水比熱容值的參考標準，并且樣品的背面對涂層進行重新處理（以確保所有樣品具有相似的熱能吸收和紅外再發射率），并且在相同的測試條件下依次確定測量方法的目標。

2 激光閃射法測量雙層材料的綜合導熱系數

2.1 試樣的制作

用V、S、I樹脂型材料均采用單層主材料與鋁材料5組成試樣。獨特的設計使同一樹脂材料與材料有三種不同的整體厚度樹脂材料半固定化片材和鋁材壓制在一起，兩層主材樣品特別的過程。獲得三層鋁基板樣品，材料不同，丙烯酸樹脂層總厚度不同。

2.2 激光閃射法測量鋁基板雙層材料的導熱系數

雙層結構的材料樣品被視為假想的整體材料。熱內部擴散的計算方法為e，導熱系數系數為E。在穩定系數的精確測量儀器中，采用兩層樣品的精確測量方法直接測量信息綜合熱擴散系數在熱導率儀中，采用單層熱導率測量方法測量綜合熱擴散系數E借助數據，可以計算出樣品兩側的比熱容和水的高密度，可以計算出樣品的綜合熱導率信息。激光閃光使樣品下部外表面內部的溫度迅速升高。攝氏度從上表面轉移到第一層。在穿過第一層到達第二層之后，第二層的上表面和外表面的溫度降低到計算總導熱率一半的最大時間。三種樹脂材料和兩層材料樣品是由總厚度不同且相同的鋁組成厚度總的來說，這種方法的最終結果是樹脂的整體導熱系數逐漸變小，接地導體層厚度增加，鋁基板導熱系數降低。

2.3 穩態熱流法計算雙層試樣綜合導熱系數

根據Fourier方程，利用內部穩態熱流數據，計算了單層內材料的熱傳導計算方法環境。在平衡熱傳導的過程，樣品兩側的攝氏度保持恒定，使室內溫度恒定，這大約相當于抵消樣品相對穩定的熱導率。試樣的總厚度為d，面積為A，計算傅里葉方程式的熱導率調節系數有多種方法，最終計算結果與脈沖激光閃光法測量的結果有很大不同。隨著天然樹脂層厚度的增加，最終結果之間的差異越大，很明顯，用兩種試驗結果和一種方法得到的兩層材料的導熱系數為不一樣。

2.4 對比分析結論

由于測量過程中的傳熱條件不同，利用脈沖激光閃光可以直接測量雙層設計樣品的綜合傳熱調節系數的實際結果，計算出平衡熱流的理論體系方法。每個是不同的。激光閃光法能夠準確、準確地測量單層結構材料的熱導率系數，使層狀材料和直接測量表觀值。這個值不反映雙層主體材料的熱性能結構在動態平衡熱流中測得的源熱傳導比系數能較好地反映三種主要材料在熱方面的差異。從最終的測試結果來看，兩種四種方法的測試結果顯示出完全相同的規律，即天然樹脂層厚度增加，導熱系數變小，因此樹脂材料層越小，整體熱阻越大導電性測試結果之間的差異越大通過這兩種方法得到。

3 激光閃射法測量碳復合耐火材料中的問題及分析

3.1 熱損失的影響

在直接測量熱擴散率的過程中，由紅外檢測信號檢測到的總溫度信號會隨著時間而變弱，可以看出隨著測試時間的延長，樣品上表面的溫度可以達到第二個最大值，總體趨勢將顯示在測試過程中，熱經濟損失將影響最終測試。請記住忽略結果的影響。將測試的最終結果替換為比熱容時在計算方法中，損失的熱量會干擾并影響計算的最終結果，導致計算結果不準確，并嚴重影響最終結果的準確性。當遇到這種巨大熱損失的影響時，除了減少試驗計劃階段直接制備樣品所帶來的安全隱患外，在選擇計算方法建模方法時，考恩短脈沖修正建模方法也應如此選定。輸入添加，Cowan模型結構對曲線的修正受以下因素的影響：生命能量被傳遞到實驗樣品架上，同時也造成了巨大的紅外輻射損失受影響。最后，比較兩次修正的最終結果，確定影響較大的因素，選擇最合適的修正基本模型，這樣就可以在第二大水平上得到更小更合理的試驗結果。

3.2 試樣制備的影響

在碳分后制備鑄鋼件試樣時，應采用嚴格的規范，充分控制試樣的直徑和總厚度以及兩者的平整度工件最典型的樣品直徑15為6mm～18mm。那個接收脈沖信號并釋放能量的輻射長方體的表面積較小比生命能點束的表面積大，樣品的總厚度為1mm－6mm。那個最合適的厚度要求t1／2值可以大于50倍的總寬度脈沖。從熱內擴散系數的計算公式，可見，試樣的熱內擴散系數1與試樣厚度的平方成正比樣品。因此在不同的室內溫度范圍內，應使用不同的一般樣品厚度。樣品厚度選擇不當通常是由于方面導致測試誤差，為了最大程度地減少巨大的熱損失校正值，通常有可能在開始時不選擇厚度為2mm－3mm的樣品，然后根據所獲得的總溫度記錄曲線的變化對樣品進行更換，并確認應直接對樣品的厚度進行準確的測量和控制。總厚度的準確測量誤差應控制在0.2%以上，樣品的厚度均勻度應較小小于1.0%。材料的空氣濕度反映了主要材料中的自由多余水分含量。指標值，大多數碳剖分爐襯具有多孔結構，易于吸收水分。水的導熱系數為0.58w／（m·K），是清水的20倍以上空氣。所以，主要材料的導熱系數隨著逸出水量的增加而增加，以保證試樣的溫度和濕度不影響試驗結果。全部樣品必須經過連續有效的干燥和直接處理碳測試好的耐火材料是由兩種或兩種以上的材料組成的原料種類繁多，其中大部分都含有細小的顆粒狀原料材料。英寸除了產品生產工藝的局限性外，一些耐火磚在碳分散開后還具有非常明顯的不均勻性和基本方向性，表面不均勻均勻，孔隙大小和分布細小顆粒里面。為了更好地反映材料的導熱系數系數，測試過程中，通過準確的測量取多個樣品進行測試，并取多種測量方法的最終結果的平均值作為參考。測試樣品表面涂層的直接處理是樣品制備技術令人滿意的最后一步，這是正確的。最終測試的最終結果是一個很大的步驟，涂層不會對實驗樣品的表面形態產生更大的影響，良好的涂層和各種操作也可以改善樣品檢測的整體測試結果。

3.3 設備狀態及操作的影響

當前狀態下使用設備也會對實際測試結果產生很大影響。例如，如果后加熱爐的氣密性不好，則測試樣品的表層將被清潔的空氣氧化，從而改變樣品的熱導率。連續觀察后，有必要擦拭觀察窗和反射碗進行測試，它將完全覆蓋快速吸收生命能量的沉積物，從而導致嚴重的信號產生，高強度損失和測試樣品的不均勻加熱。如果長時間不使用測試儀器，則必須提前準備并在早晨打開激光束電源開關，以使樣品充分預熱，否則除非激光束信號不穩定。樣品應平穩地放置在中心，是否會影響轉移過程加熱。儀器設備的參數不應根據試驗的顯著特性進行設置樣品。The能量釋放脈沖波的周期應小于樣品上半身表面加熱時間的2%；采樣時間應控制在放大器半加熱時間的10－16倍以內增益。那里后期加成的調整方法很多，各種信號的曲線最低點在1～10V之間，儀器設備的各種參數設置不正確，可能會導致最終測試結果的差異。

4 結語

由上可知，激光閃射法測量碳復合耐火材料導熱系數的測量結果容易受到多方面因素的影響，為此為能有效減少到其中的誤差，有關人員應當制定出科學合理的解決措施，進一步提升到該材料的導熱系數測試要求。