この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
この文書の開発に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令Part 1 部に記載されています。特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました ( www.iso.org/directives を参照)
ISO は、この文書の実装に特許の使用が含まれる可能性があることに注意を促しています。 ISO は、請求された特許権に関する証拠、有効性、または適用可能性に関していかなる立場もとりません。この文書の発行日の時点で、ISO はこの文書の実装に必要となる可能性のある特許の通知を受け取っていません。ただし、実装者は、これが www.iso.org/patents で入手可能な特許データベースから取得できる最新の情報を表していない可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。
本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。
規格の自主的な性質、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および貿易の技術的障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) 原則への ISO の準拠に関する情報については、以下を参照してください。 www.iso.org/iso/foreword.html
この文書は、技術委員会 ISO/TC 61, プラスチック、小委員会 SC 5, 物理化学的特性によって作成されました。
ISO 22007 シリーズのすべての部品のリストは、ISO の Web サイトでご覧いただけます。
序章
1990 年代以降のいわゆる過渡測定法の開発[ 1] ～ [4] により、小さくて不規則な形状の試料の熱物理的特性を迅速かつ正確に試験できるツールが科学界に提供されました[ 5] ～ [9] 。
金属加熱パターンからなる規則的な形状の試験片 (正方形、長方形、円、楕円など) を 2 枚の試験片材料の間に挟みます。このプローブは、表面全体の単位面積あたりほぼ等しい熱生成を提供するオーミック ヒーターとして機能すると同時に、抵抗温度計としても機能します。以下で説明する実験構成では、プローブ表面の法線方向の熱浸透率は 1 回の実験から推定できます[ 2] ～ [4], [9] 。
この方法で試験できる試料は、均質等方性試料と均質異方性試料（一軸構造[ 10] ）です。浸透率は、プローブ感知金属パターンと基板表面の間の熱接触抵抗の影響を排除できるため、試料材料の大部分について取得されます。
現在のアプローチで熱浸透率をテストする際のいくつかの実験的特徴は、まず、試験片全体の形状サイズを大幅に縮小できることです。第 2 に、法線方向の熱流により、固有の幾何学的特徴が繰り返される層状または複合構造など、産業上重要な試料の幾何学的形状の分析が可能になります。
検討されている産業用途の 1 つは、固体スラブ間にサーマル インターフェイス マテリアル (TIM) 層を組み込んだ繰り返し構造で構成される TIM 積層セットアップです。代替の測定アプローチで適用される単層 TIM 層のテストの多くの欠点と不確実性は、ここでは実験的なスタック設定に置き換えられ、特定の TIM 層材料を対象とした最終用途を正確に測定できるようになります。
棒状の試験片の熱浸透率を試験するときに考慮すべきパラメータは、プローブの断面と棒状の試験片の断面の違いです。少なくとも試料の体積比熱の大まかな推定も、探査深さを推定するときに知っておくと有利です (過渡実験の制御に重要です)さらに、周囲への熱損失の潜在的な影響も評価する必要があります。
1 スコープ
この文書では、熱浸透率の決定方法を指定します。
2 規範的参照
以下の文書は、その内容の一部またはすべてがこの文書の要件を構成する形で本文中で参照されています。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。
- ISO 22007-1, プラスチック — 熱伝導率と熱拡散率の測定 — Part 1: 一般原則
- ISO 22007-2, プラスチック — 熱伝導率と熱拡散率の測定 — Part 2: 非定常面熱源 (ホットディスク) 法
3 用語と定義
この文書の目的上、ISO 22007-1, ISO 22007-2, および以下で与えられる用語と定義が適用されます。
ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。
3.1
熱浸透率
b
材料の体積熱伝導率と試験片の体積比熱の積の平方根で表すことができる量、 
注記 1:最も一般的な形式では、これは 2 番目のランクのテンソル特性です。
注記 2:プローブの平面の法線方向の熱浸透率は、スカラーb n で表されます。
注記 3: W・s 1/2・m -2・K -1で表されます。
参考文献
| 1 | Gustafsson SE, 固体材料の熱伝導率および熱拡散率測定のための過渡面光源技術。科学牧師。楽器1991, 62 (3) p. 797 |
| 2 | Suleiman M, Ul-Haq I, Karawacki E, Maqsood A, Gustafsson SE, 転移温度付近における Y および Er 置換 1:2:3 超伝導化合物の熱伝導率と電気抵抗率。物理Rev. B. 1993, 48 (6) p. 4095 |
| 3 | Log T, Gustafsson SE, 建築材料の熱輸送特性を測定するための過渡面源 (TPS) 技術。ファイアーメーター。 1995 年、19 ページ。 43 |
| 4 | Lundstrom D, Karlsson B, Gustavsson M 鋳造γ -TiAl 合金の熱伝導特性の異方性。 Z.メタルク。 2001, 92 (11) p. 1203 |
| 5 | Gustavsson M, Nagai H, Okutani T 高感度熱伝導率測定による異方性および不規則形状材料の特性評価。固体現象。 2007 年、124 ページ。 1641年 |
| 6 | Ericson T.、Hälldahl L.、Sanden R.、爆発物の熱輸送特性の研究のための容易な方法、爆発物の安定性に関連する化学問題に関する第 11 回シンポジウム、バスタッド、スウェーデン (1998) |
| 7 | Hume D, Vail C, Sizov A, Cederkrantz D, Ma Y, Mihiretie B et al. ホットディスク熱定数アナライザーを使用した熱浸透率試験、 th 日本熱物性シンポジウム予稿集、長崎 (2019) |
| 8 | Gustafsson SE, Karawacki E.、絶縁固体および液体の熱特性を測定するための過渡ホットストリップ プローブ。科学牧師。楽器1983年、54ページ。 744 |
| 9 | Gustavsson M, Nagai H, Okutani T マイクロサイズのホットストリッププローブを使用した絶縁液体の熱浸透率測定。科学牧師。楽器2003 年、74 ページ。 4542 |
| 10 | Gustavsson M.、Gustafsson SE, 「方向依存特性を持つ材料を研究するための過渡面ソース センサーの使用について」、熱伝導率 26 、DEStech Publications (2004) |
| 11 | Gustavsson JS, Gustavsson M.、Gustafsson SE, 電気絶縁材料の薄いサンプルの熱伝導率を測定するためのホットディスク熱定数アナライザーの使用について、熱伝導率 2Technomic, 1997 |
| 12 | Kasimir M.、Gharagozloo-Hubmann K.、Trotsenko S.、Czempiel GJF, Datsyuk V.、Reich S.、カーボン ナノチューブに基づく熱界面材料とその熱特性評価、第 16 回 IC およびシステムの熱調査に関する国際ワークショップ (THERMINIC) 、１〜６頁（２０１０年）。 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a) patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a) patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at www.iso.org/patents . ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html .
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 5, Physical-chemical properties.
A list of all parts in the ISO 22007 series can be found on the ISO website.
Introduction
The developments of so-called transient measurement methods since the 1990’s[1]-[4], has provided the scientific community with tools capable of quickly and accurately testing thermophysical properties of small- and irregular-shaped specimens[5]-[9].
A regularly-shaped probe (square, rectangle, circle, ellipse, etc.), consisting of a metal heating pattern, is sandwiched between two pieces of a specimen material. The probe simultaneously functions as an ohmic heater – providing approximately equal heat production per unit area across its surface – and also as a resistance thermometer. In experimental configurations discussed in the following, the thermal effusivity in the normal direction to the probe surface can be estimated from a single experiment[2]-[4],[9].
The specimens that can be tested using this method are homogeneous isotropic specimens and homogeneous anisotropic specimens (with uniaxial structure[10]). The effusivity is obtained for the bulk of the specimen material, because of the possibility to eliminate the influence from the thermal contact resistance between the probe sensing metal pattern and the substrate surface.
Some experimental features on testing thermal effusivity with present approach are, first, the ability to significantly reduce the overall specimen geometry size. Secondly, the normal-direction heat flow allows for analysing specimen geometries of major industrial importance, for instance, a layered- or composite structure, with repeated intrinsic geometric features.
One industrial application considered is the TIM-stacked setup, consisting of a repeated structure incorporating thermal interface material (TIM) layers between solid slabs. The many drawbacks and uncertainties of testing a single-layer TIM layer applied in alternative measurement approaches, is here replaced with an experimental stack setup allowing to precisely measure the final application intended for a specific TIM layer material.
Parameters to consider when testing thermal effusivity in a rod-shaped specimen are: differences in probe cross-section and rod specimen cross-section. At least a rough estimation on the volumetric specific heat of the specimen is also advantageous to know, when estimating the probing depth (important for controlling of the transient experiment). In addition, potential effects of heat losses to surroundings should also be assessed.
1 Scope
This document specifies a method for the determination of the thermal effusivity.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO 22007-1, Plastics — Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity — Part 1: General principles
- ISO 22007-2, Plastics — Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity — Part 2: Transient plane heat source (hot disc) method
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 22007-1, ISO 22007-2 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
3.1
thermal effusivity
b
quantity, possible to express in terms of the square root of the product of the material’s bulk thermal conductivity and volumetric specific heat of a specimen,
Note 1 to entry: In its most general form, this is a second-rank tensor property.
Note 2 to entry: The thermal effusivity in the normal direction to the plane of the probe is represented by the scalar bn .
Note 3 to entry: It is expressed in W⋅s1/2⋅m-2⋅K-1.
Bibliography
| 1 | Gustafsson S.E., Transient plane source techniques for thermal conductivity and thermal diffusivity measurements of solid materials. Rev. Sci. Instrum. 1991, 62 (3) p. 797 |
| 2 | Suleiman M., Ul-Haq I., Karawacki E., Maqsood A., Gustafsson S.E., Thermal conductivity and electrical resistivity of the Y- and Er-substituted 1:2:3 superconducting compounds in the vicinity of the transition temperature. Phys. Rev. B. 1993, 48 (6) p. 4095 |
| 3 | Log T., Gustafsson S.E., Transient Plane Source (TPS) Technique for Measuring Thermal Transport Properties of Building Materials. Fire Mater. 1995, 19 p. 43 |
| 4 | Lundström D., Karlsson B., Gustavsson M., Anisotropy in Thermal Transport Properties of Cast γ-TiAl Alloys. Z. Metallk. 2001, 92 (11) p. 1203 |
| 5 | Gustavsson M., Nagai H., Okutani T., Characterization of Anisotropic and Irregularly-Shaped Materials by High-Sensitive Thermal Conductivity Measurements. Solid State Phenomena. 2007, 124 p. 1641 |
| 6 | Ericson T., Hälldahl L., Sanden R., A Facile Method for Study of Thermal Transport Properties of Explosives, Eleventh symposium on chemical problems connected with the stability of explosives, Båstad, Sweden (1998). |
| 7 | Hume D., Vail C., Sizov A., Cederkrantz D., Ma Y., Mihiretie B. et al., Thermal Effusivity Testing with the Hot Disk Thermal Constants Analyser, in Proceedings of the 40th Japan Symposium on Thermophysical Properties, Nagasaki (2019). |
| 8 | Gustafsson S.E., Karawacki E., Transient hot-strip probe for measuring thermal properties of insulating solids and liquids. Rev. Sci. Instrum. 1983, 54 p. 744 |
| 9 | Gustavsson M., Nagai H., Okutani T., Thermal effusivity measurements of insulating liquids using micro-sized hot strip probes. Rev. Sci. Instrum. 2003, 74 p. 4542 |
| 10 | Gustavsson M., Gustafsson S.E., On the Use of Transient Plane Source Sensors for Studying Materials with Direction Dependent Properties, Thermal Conductivity 26, DEStech Publications (2004). |
| 11 | Gustavsson J.S., Gustavsson M., Gustafsson S.E., On the Use of the Hot Disk Thermal Constants Analyser for Measuring the Thermal Conductivity of Thin Samples of Electrically Insulating Materials, Thermal Conductivity 24. Technomic, 1997 |
| 12 | Kasimir M., Gharagozloo-Hubmann K., Trotsenko S., Czempiel G.J.F., Datsyuk V., Reich S., Thermal interface materials based on carbon nanotubes and their thermal characterization, 16th International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), pp. 1-6 (2010). |