摘要：热导率（Thermal Conductivity）是衡量材料传输热量能力的关键物理参数，其精准测定对航空发动机叶片散热设计、核反应堆包壳材料耐久性评估、新型建筑保温材料开发以及非金属电子封装材料性能优化等领域具有决定性意义。然而，传统热导率测试方法（如稳态热流

引言：热导率测量的工业价值与挑战

热导率（Thermal Conductivity）是衡量材料传输热量能力的关键物理参数，其精准测定对航空发动机叶片散热设计、核反应堆包壳材料耐久性评估、新型建筑保温材料开发以及非金属电子封装材料性能优化等领域具有决定性意义。然而，传统热导率测试方法（如稳态热流法）存在实验耗时长、对样品尺寸限制严格、接触热阻干扰大等问题，尤其是针对各向异性材料以及极端温度条件下的测试需求，亟需更高效和高精度的解决方案。

北京中航时代仪器设备有限公司——TCT-S2导热系数测试仪

TCT-S2导热系数测定仪基于瞬态平面热源法（Transient Plane Source, TPS）的核心原理，通过全自动计算机控制与算法升级，不仅实现了对ISO 22007-2:2008标准的严格契合，更突破了传统技术的局限性，成为多领域材料热物性检测的理想工具。本文将从标准解析、技术原理、仪器创新与应用场景三方面展开深度剖析。

一、ISO 22007-2:2008标准的关键要求与TCT-S2的技术适配

ISO 22007-2:2008标准《塑料—导热系数和热扩散率的测定—第2部分：瞬态平面热源法》（Thermoplastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity – Part 2: Transient plane heat source (hot disc) method）为瞬态热源法提供了标准化框架。该标准的核心要求包括：

探头设计与校准：传感器需采用平面对称结构，确保热流分布均匀；探头电阻温度系数需定期校准。

测试条件控制：温控精度需优于±0.5℃；避免外界振动对探头接触的影响。

数据分析模型：采用标准化的软件算法，要求对时间-温度曲线的拟合残差进行量化评价。

TCT-S2的适配性设计：

双层镍膜传感器：符合ISO对探头均匀性的要求，通过激光微加工技术将探头厚度控制在50μm以内，降低接触热阻（

主动温控系统：采用PID算法结合半导体制冷片，实现-50°C至300°C范围内±0.2°C的控制精度，满足极端温度测试需求。

动态修正算法：引入蒙特卡洛法对温度响应曲线进行噪声滤波和边界效应修正，拟合残差率低于0.3%，远优于标准规定的1.5%。

二、TCT-S2的核心技术：瞬态平面热源法的原理与创新改进

1. 瞬态平面热源法（TPS）的基本原理

TPS法的核心是利用嵌入式平面探头同时作为热源和温度传感器。在测试过程中，探头向样品施加短时恒功率加热脉冲（通常为1~5s），通过记录探头自身的温升曲线反推材料的热导率（λ）和热扩散率（α），二者满足关系式：

其中，ρ为材料密度，Cp为比热容。相较于稳态法，TPS法具有非稳态瞬态测量（时间短）和直接接触式全范围覆盖（液态、固态、粉末均可测试）的优势。

2. TCT-S2的五大技术革新

自适应功率调节技术：根据样品导热性能动态调整加热功率（10mW~5W范围）。例如，对低导热率材料（如气凝胶），自动切换至低功率模式以避免热损误差。

多物理场耦合补偿：引入环境湿度与压力传感器，实时修正空气对流和辐射散热效应，显著提升测试精度（误差从±5%降至±2%）。

智能接触检测模块：通过压电传感器监测探头与样品的接触压力，若未达到设定阈值（如1MPa），系统自动报警并终止测试，避免接触不良导致的误差。

批量测试程序：支持预设温度梯度（如-30°C→100°C，步长10°C），实现全自动温变条件下热导率的连续测定。

数据云存储与AI分析：测试结果自动上传至云端数据库，利用机器学习比对历史数据并生成材料热物性趋势报告，服务于材料研发的迭代优化。

三、高精度测试的工程实现：从实验设计到数据输出

实验案例：航空钛合金叶片涂层的热导率测定

样品制备：将Ti-6Al-4V基体表面喷涂0.2mm厚的Al₂O₃陶瓷涂层，加工成直径30mm的圆片（表面粗糙度Ra=0.8μm）。

温控设定：模拟高空低温环境（-40°C）与发动机工作高温（200°C）两个极端工况。

测试结果：在-40°C下测得涂层热导率为5.3 W/(m·K)（标准差±0.11），200°C时上升至5.8 W/(m·K)，显示出温度的弱依赖性。

TCT-S2的关键性能指标（对照ISO 22007-2要求）

四、行业应用与未来趋势

TCT-S2已成功应用于以下场景：

核电工业：对锆合金包壳管在高温高压水蒸气环境下的热导率退化进行监测（测试时间缩短至传统方法的1/10）。

绿色建材：精准评估真空绝热板（VIP）的长期导热稳定性，助力建筑节能设计。

半导体封装：测定高密度集成电路环氧树脂封装材料的热耗散能力（可测厚度低至0.05mm的薄膜）。

未来发展：

超高温扩展：通过蓝宝石探头的集成，将测试温度上限提升至800°C，服务于超燃冲压发动机材料研发。

多参数同步传感：集成介电常数与热导率联测功能，满足5G高频基板材料的综合性能评价。

结语

TCT-S2导热系数测定仪通过深度的标准适配与技术创新，为复杂工况下的材料热物性检测提供了高效、精准的解决方案。其全自动测试流程、宽域温控能力和智能数据分析模块，正推动热导率测量从实验室走向工业化在线检测，助力先进材料研发与产业升级。

参考文献

ISO 22007-2:2008, Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity – Part 2: Transient plane heat source (hot disc) method.

Gustavsson, M. et al. (2000). Transient plane source techniques for thermal conductivity and thermal diffusivity measurements. Review of Scientific Instruments, 71(6), 2452-2456.

TA Instruments Technical Note: Advancements in Transient Thermal Conductivity Measurement.

来源：百顺科技达人