热常数测试仪Hotdisk（ 平面热源法TPS）

热常数测试仪（Hot Disk TPS2500S）基于瞬态平面热源法，可在单次测试中同时获得材料的热导率、热扩散率和体积比热，为材料研发、来料检验与热管理设计提供直接的热物性数据。对于导热界面材料、保温建材、聚合物复合材料等，热参数直接决定产品的隔热或散热性能，本检测可帮助客户判断配方、工艺或结构是否达到设计目标。

基本原理

TPS 法采用双螺旋金属镍箔作为平面热源兼温度传感器，将其夹持于两块样品之间（或覆于单块样品表面）。测试时对镍箔施加恒定功率阶跃，镍箔同时产生热量并向样品内部扩散，其电阻随温度升高而变化，通过记录镍箔两端电压与电流随时间的变化，得到温升响应曲线 ΔT(τ)。基于各向同性介质中平面热源的温度场解析解，将温升曲线拟合为时间函数的多项式，即可同时反演得到热导率 λ（W/(m·K)）、热扩散率 α（mm²/s）与体积比热 Cρ（MJ/(m³·K)）。该方法对样品无特殊形状要求，测试时间短，且温升通常控制在 1~5 K 以内，对样品热物性扰动小。

设备参数范围

Hot Disk TPS2500S 由瑞典 Hot Disk AB 生产，属于 TPS 系列中的高温型主机，配用不同规格的 Kapton、云母或金属蚀刻探头，可覆盖从绝热材料到高导热金属的宽量程测试需求。设备主要由主机、探头、恒温炉体与数据采集软件组成，支持单面与双面测试模式。

· 以上为典型配置范围，具体指标以设备实际标定为准

典型应用场景

· 导热界面材料：导热硅脂、导热垫片、灌封胶的热导率与热扩散率评价

· 保温建材：岩棉、聚氨酯泡沫、气凝胶毡等低导热材料的隔热性能检测

· 聚合物与复合材料：填充型塑料、橡胶、树脂基复合材料的热物性表征

· 金属与合金：铝、铜、不锈钢等均质材料的热导率快速测定

· 新能源与电子：电池极片、模组隔热垫、散热基板的热管理参数验证

TPS 法对样品形状适应性强，但探头与样品之间的接触状态直接影响数据可靠性，送样前请按以下要求准备。

不满足上述尺寸或表面状态时，可协助进行切割、打磨或压片制样；特殊形态样品建议提前与工程师沟通装夹方案。

步骤 1：样品制备

· 块体样品需加工为上下两面平整的片状或块状，双面模式需两块同材质、同厚度样品，表面粗糙度建议 Ra≤3.2 μm

· 粉末样品需压片成型或装入专用液体/粉末测试附件，确保探头与样品接触面无明显空隙

· 含湿样品需按测试方案进行干燥或恒温恒湿平衡处理，记录处理条件

步骤 2：装夹与检查

· 根据样品导热范围选择探头规格，低导热样品选大直径探头，高导热样品选小直径探头

· 将探头夹持于两块样品之间，施加均匀夹紧力，排除界面空气层；单面模式需在探头背面加隔热背衬

· 检查探头是否平整、有无折痕，确认热电偶与数据线连接正常

步骤 3：上机测试

· 设置测试功率与加热时间，使温升控制在 1~5 K 范围，避免自然对流与辐射影响

· 按测试方案设定恒温温度，待炉体温度稳定后开始采集，记录温升-时间曲线

· 每个样品至少重复测试 3 次，取平均值并记录离散性

步骤 4：数据复核

· 检查拟合残差与温升曲线线性度，剔除受对流或接触不良影响的异常数据

· 核对热导率、热扩散率与体积比热三者的一致性，判断测试有效性

步骤 5：报告出具

· 报告列明测试方法、探头规格、测试温度、温升设定及重复测试结果

· 常规 3~5 个工作日出具报告，含原始曲线与拟合参数

Q1：热导率、热扩散率和比热是一次测试同时得到吗？

A1：是。TPS 法通过一条温升曲线同时反演出热导率 λ、热扩散率 α 和体积比热 Cρ，三者相互关联，报告会一并给出，便于交叉验证数据可靠性。

Q2：测试温度范围能到多少？高温测试对样品有什么要求？

A2：配高温炉与相应探头，典型可覆盖 -150~600℃。高温测试要求样品在测试温度下不分解、不软化流淌、不与探头发生反应，否则需降低温度或改用其他方法。

Q3：样品最少需要多少？

A3：双面模式需两块直径≥30 mm、厚度≥5 mm 的同材质样品；薄膜可多层叠至 5 mm 以上；粉末约 30 mL，液体约 20 mL。尺寸不足时数据拟合误差会增大。

Q4：和激光闪射法（LFA）相比怎么选？

A4：TPS 法适合均质、低至中等导热材料，可同时给出三个热参数，对样品形状要求低；LFA 更适合高导热薄片与高温测试，但只直接测热扩散率，比热需另测。各向异性明显的材料建议两种方法配合使用。

Q5：测试周期多久？

A5：常规 3~5 个工作日，含制样与数据处理；高温或特殊气氛测试需另加炉体升降温时间，具体按测试方案确定。

Q6：数据异常或重复性差怎么办？

A6：常见原因是样品表面不平、探头接触不良或温升设置过高引起对流。我们会先复核曲线与拟合残差，必要时重新制样复测，并在报告中说明。

Q7：报告包含哪些内容？

A7：报告含样品信息、测试方法、探头规格、测试温度、温升设定、热导率/热扩散率/体积比热结果及重复性，并附温升曲线与拟合参数。

案例 1：导热硅脂配方开发中的热导率评价

【背景】某电子材料企业开发高填充导热硅脂，需比较不同填料配比对热导率的影响，为配方筛选提供依据。

【测试条件】仪器：Hot Disk TPS2500S，配直径 10 mm 探头；样品：导热硅脂，置于液体池中测试；关键参数：测试温度 25℃，温升设定 2 K，加热时间 40 s。

【分析结果】三个配方热导率分别为 1.8、2.6、3.4 W/(m·K)，热扩散率随填料含量增加同步上升，体积比热变化较小。配方三在填料含量 85% 时热导率提升明显，但重复测试离散性增大至 ±5%，提示分散均匀性下降。

【价值】客户据此锁定配方二为兼顾导热与工艺性的方案，并对配方三的分散工艺进行优化，缩短了开发周期。

案例 2：气凝胶毡高温隔热性能验证

【背景】某建材企业将气凝胶毡用于工业管道保温，需验证其在 200℃ 工况下的隔热性能是否满足设计值。

【测试条件】仪器：Hot Disk TPS2500S 配高温炉与云母探头；样品：气凝胶毡，两块直径 60 mm、厚度 10 mm；关键参数：测试温度 25℃、100℃、200℃，温升 3 K。

【分析结果】常温热导率 0.020 W/(m·K)，200℃ 时升至 0.032 W/(m·K)，仍低于设计限值 0.040 W/(m·K)。热扩散率随温度升高略有下降，体积比热基本稳定。

【价值】数据支撑该材料在 200℃ 工况下的保温厚度设计，客户据此优化了管道保温层结构，避免了过度设计。