[發明專利]基于金剛石對頂砧高溫高壓樣品熱導率的測量方法

在審

• 申請號: 202010011753.8
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111157571A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 高春曉;岳冬輝;韓永昊;秦天茹;冀婷婷;蔣大偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01K7/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

1.一種基于金剛石對頂砧高溫高壓樣品熱導率的測量方法，首先，對金剛石對頂砧裝置進行組裝；所述的對金剛石對頂砧裝置進行組裝，是將兩顆金剛石壓砧砧面上下相對放置，將墊片利用金剛石壓砧提前預壓，利用激光在壓痕中心打孔充當樣品腔，處理好的墊片夾在兩顆金剛石壓砧中間，使樣品腔中心與金剛石壓砧砧面中心重合，樣品腔內填充樣品，金剛石壓砧底面周圍放置電熱絲作為熱源，經由托塊及搖床實施加壓；將4個熱電偶的測溫點分別固定在兩顆金剛石壓砧的底面中心和側棱1/2處，讀取熱電偶的測量溫度，分別記為上金剛石壓砧底面中心溫度t₁，下金剛石壓砧底面中心溫度t₂，上金剛石壓砧側棱1/2處溫度t₃，下金剛石壓砧側棱1/2處溫度t₄；其特征在于，根據金剛石對頂砧幾何尺寸構建兩顆金剛石壓砧的有限元模型，將兩顆金剛石底面測量溫度t₁和t₂作為熱邊界條件代入有限元模型，通過有限元計算模擬改變樣品的熱導率；在已知金剛石壓砧、墊片的熱導率的情況下，裝置整體的溫度分布僅隨樣品熱導率改變，在有限元模型軟件中讀取上金剛石側棱1/2處計算模擬溫度t′₃和下金剛石側棱1/2處計算模擬溫度t′₄；通過有限元分析計算改變樣品熱導率，直至金剛石側棱測溫點的溫度值t′₃和t′₄均與t₃、t₄相同，此時有限元擬合出的樣品熱導率即為樣品真實熱導率。

2.根據權利要求1所述的基于金剛石對頂砧高溫高壓樣品熱導率的測量方法，其特征在于，所述的已知金剛石壓砧、墊片的熱導率，是在實驗溫壓環境下對金剛石壓砧以及墊片的熱導率進行標定；金剛石壓砧以及墊片高溫高壓環境下的熱導率的標定方法是：在無樣品填充和搖床熱導率已知的情況下，利用熱電偶分別讀取上、下金剛石壓砧底面中心的測量溫度t₅、t₆，上、下金剛石壓砧砧面邊緣的測量溫度t₇、t₈，搖床球面的測量溫度t₉，將上金剛石底面中心測量溫度t₅和搖床球面的測量溫度t₉作為熱邊界條件代入有限元模型，通過模擬改變上、下金剛石壓砧和加壓處墊片的熱導率數值，直至下金剛石壓砧底面的模擬溫度t′₆、上、下金剛石壓砧砧面邊緣的模擬溫度t′₇和t′₈均與測量溫度t₆、t₇、t₈相同，此時有限元模擬的熱導率即為實驗溫壓條件下兩顆壓砧和墊片熱導率。

3.根據權利要求1或2所述的基于金剛石對頂砧高溫高壓樣品熱導率的測量方法，其特征在于，所述的樣品腔，樣品直徑與樣品厚度比為300～500∶50。

4.根據權利要求1或2所述的基于金剛石對頂砧高溫高壓樣品熱導率的測量方法，其特征在于，所述的墊片，以T301鋼片作為墊片材料。

5.根據權利要求1或2所述的基于金剛石對頂砧高溫高壓樣品熱導率的測量方法，其特征在于，所述的金剛石壓砧，金剛石的熱導率為500W/m·K。