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先进技术陶瓷—连续纤维增强陶瓷基复合材料的热扩散系数的测定检测

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发布时间：2025-04-19 10:00:44 更新时间：2025-04-18 10:00:44

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

先进技术陶瓷—连续纤维增强陶瓷基复合材料的热扩散系数测定的重要性

连续纤维增强陶瓷基复合材料（Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites, CMCs）因其优异的高温稳定性、抗热震性和力学性能，在航空航天、核能、高温工业等领域得到广泛应用。热扩散系数作为表征材料热传导能力的关键参数，直接影响其在高温环境下的热管理性能。通过精确测定热扩散系数，可评估材料的热响应特性，优化设计并预测其在实际工况中的可靠性。本文围绕先进技术陶瓷中CMCs的热扩散系数检测展开，重点介绍检测项目、仪器设备、方法选择及标准依据。

检测项目：热扩散系数的定义与意义

热扩散系数（Thermal Diffusivity，α）是材料的热导率（λ）与体积比热容（ρC_p）的比值（α=λ/ρC_p），单位为m²/s。该参数反映材料内部热量传递的速率，直接决定材料在瞬态热载荷下的温度分布。对于连续纤维增强CMCs，纤维与基体的界面结合状态、孔隙率及微观结构均会影响热扩散性能。因此，测定热扩散系数不仅用于材料筛选，还可辅助分析复合结构的均质性与缺陷分布。

检测仪器：主要设备与技术原理

目前主流的检测仪器为激光闪射法（Laser Flash Analysis, LFA）热扩散系数测试仪，典型设备包括德国耐驰（NETZSCH）LFA系列和美国安捷伦（Agilent）仪器。其原理是通过短脉冲激光辐照样品表面，利用红外探测器记录背面温度随时间的变化曲线，通过数学模型计算热扩散系数。该方法具有非接触、高精度（±3%）和宽温度范围（-120°C至2800°C）的特点，尤其适合各向异性复合材料的测试。

检测方法：标准化操作流程

检测流程分为以下步骤： 1. 样品制备：根据标准要求切割为直径6-12mm、厚度1-3mm的圆片，确保表面平行度≤0.02mm，并涂覆石墨层以提高激光吸收率； 2. 仪器校准：使用标准参考材料（如石墨、蓝宝石）进行基线校准； 3. 测试条件设置：选择惰性气体保护环境，设定目标温度点（通常覆盖应用温度区间）； 4. 数据采集与分析：通过软件拟合温度-时间曲线，计算热扩散系数值； 5. 重复性验证：每组样品至少进行3次平行测试以降低误差。

检测标准：国际与国内规范

热扩散系数测定需严格遵循以下标准： - 国际标准：ASTM E1461《Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method》和ISO 18755《Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Determination of thermal diffusivity of monolithic ceramics by laser flash method》； - 国内标准：GB/T 22588《闪光法测量热扩散系数或导热系数》和JC/T 2106《连续纤维增强陶瓷基复合材料热物理性能试验方法》。上述标准对样品尺寸、测试环境、数据处理方法及不确定度评估提出了明确要求，确保测试结果的国际可比性。