非定常熱線法による高熱伝導材料の熱伝導率測定に関する研究

• 研究課題/領域番号: 61550153
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 竹越 栄俊 富大, 工学部, 助教授 (00019184)
• 研究分担者: 平沢 良男 富山大学, 工学部, 助手 (80115146) ; 井村 定久 富山大学, 工学部, 教授 (50019147)
• 研究期間 (年度): 1986
• 研究課題ステータス: 完了 (1986年度)
• 配分額: 600千円 (直接経費: 600千円); 1986年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
• キーワード: 熱伝導率 / 非定常熱線法 / 高熱伝導率材料 / 計測の自動化 / 測定法

研究概要

1.測定方法と装置 本研究では実験資料と熱伝導率既知の比較物質との間に熱線をはさむ方法を採用した。この方法は硬質材料の測定に有利である。熱線は試料との密着をよくするために、厚さ0.09mmの帯状のものを用いた。実験装置としては、計算の迅速化と測定精度を上げるため、GP-IBバスによる計測から計算までの一連の作業をすべてパソコンによって自動化した。測定対象は高熱伝導材料であるため、温度Oと時間の対数lntとの関係が直線になる部分はかなりせまい範囲である。そこで、O-lnt線図が最も直線に近い部分を見つけるために、両者の間の相関係数によって判断した。実験試料としては、18-8ステンレス、SS-41鋼、6-4黄銅、人造黒鉛、焼結アルミナの5種で、これらの熱伝導率は約15〜100W/mkで相当大きい値である。このうち、金属と黒鉛は電気伝導性があるため、熱線と試料との間に3種類の電気絶縁を行い、これらの絶縁方法の違いによる熱伝導率への影響を調べた。
2.実験結果 (1)18-8ステンレス及び焼結アルミナの熱伝導率入が15〜30W/mkの場合は、測定値の再現性もよく、また文献値とも約5%以内で一致した。(2)SS-41鋼及び6-4黄銅の入が50〜100W/mkの場合には、測定値のばらつき及び再現性は熱線と測定試料との間の電気絶縁方法の違いによってかなり異なる。最も良い方法は熱線を接着剤で固定する方法であった。この場合、測定値は小さく現われる傾向にあるが、ほぼ10%以内の誤差におさまる。(3)人造黒鉛の場合は試料内部に微小な気孔があって不均一であること、異方性があること、さらには接着による電気絶縁が難しいことなどにより、実験値にかなりのばらつきがあった。
3.結論 熱伝導率が100W/mk程度までの高熱伝導材料を熱線法で測定することは、約10%程度の誤差を伴うが可能である。ただ、熱伝導が大きい場合、実験にいくぶん熟練を要する。