DE69416367T2 - Verfahren und Apparatur zur Messung der Wärmeleitfähigkeit - Google Patents

Description

Allgemeiner Stand der Technik
• Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Wärmeleitfähigkeit und insbesondere zum Messen der Wärmeleitfähigkeit von dünnen Platten wie beispielsweise ebenen Diamantschichten oder -filmen.
• Bei einer eindimensionalen eingeschwungenen Wärmeströmung durch einen Probekörper ist die Wärmeleitfähigkeit K gegeben durch
• K = P/A (ΔT/Δx) (1),
• wobei P die Wärme ist, die pro Zeiteinheit entlang der x-Achse durch einen Querschnitt des Körpers fließt, wobei der Querschnitt parallel zu der yz-Ebene orientiert ist und einen Flächeninhalt gleich A aufweist, und wobei ΔT der Temperaturabfall entlang einer entlang der x-Achse gemessenen Entfernung Δx ist, wie er gemessen werden kann, indem an dem Körper ein Paar örtlicher Temperatursensoren (Thermometer), in der Regel Thermoelementübergänge (Thermoelemente), die in x-Richtung mit dem Abstand Δx beabstandet sind, angebracht wird. Ein Direktmeßverfahren, das diese eindimensionale Wärmeströmung implementiert, wird in dem Lehrbuch Elementary Physics: Classical and Modern (Klassische und moderne Elementarphysik) von Richard T. Weidner und Robert L. Sells (1975) auf Seiten 306-307 allgemein beschrieben.
• Bei diesem Verfahren ist ein Probekörper in Form eines massiven Kreiszylinders ("Stab") mit gleichmäßigem Querschnitt A und einem Paar Endflächen von einem Isoliermaterial umgeben, um den Wärmeaustausch in den Probekörper hinein oder aus ihm heraus durch seine Seitenflächen hindurch auf ein Minimum zu reduzieren. Eine Endfläche des Körpers wird etwa durch einen heißen Behälter oder eine Wärmequelle auf einer konstanten, hohen Temperatur Th gehalten, während die andere Endfläche etwa durch einen kalten Behälter oder einen Kühlkörper auf einer konstanten, niedrigeren Temperatur Tc gehalten wird. Im eingeschwungenen Zustand ist die einen beliebigen Querschnitt des Zylinders pro Zeiteinheit durchquerende Wärme gleich demselben, durch die obige Gleichung (1) gegebenen Wert P, und der Temperaturgradient ΔT/Δx ist überall entlang des Stabs gleich, das heißt unabhängig von der x-Koordinate.
• Im Stand der Technik ist eine derartige Implementierung von eindimensionalem Verfahren mühselig und zeitraubend, was sich aus der Notwendigkeit ergibt, jedesmal, wenn ein anderer Probekörper gemessen werden soll, an diesem die Wärmebehälter und die Thermometer anbringen zu müssen. Um Wärmeverluste zu berücksichtigen und für sie zu korrigieren, sind außerdem relativ langwierige und sorgfältige Messungen erforderlich. Insbesondere ist den Thermometern (Thermoelementübergängen) und ihren Leitungen sowie der Wärmequelle und ihren Leitungen in der Regel die Wärmeisolierung im Weg, wobei die Leitungen fein (kleiner Durchmesser) und brüchig sind und allgemein von dem erforderlichen wärmeisolierenden Material geknickt oder gequetscht werden.
• Nunmehr den Fall einer kreissymmetrischen, radialen Wärmeströmung P betrachtend, ist die Wärmeleitfähigkeit K eines Probekörpers gegeben durch:
• K = Pln(R2/R1)/2πh(T2-T1) (2),
• wobei T1 und T2 die Temperaturen bei radialen Abständen R1 und R2 von einem Punkt auf dem sich in der Mitte der Kreissymmetrie befindenden Körper sind und wobei h die parallel zu der z-Achse des Körpers gemessene Dicke des Körpers ist, das heißt senkrecht zu der xy-Ebene gemessen, in der die radiale Wärmeströmung P vorliegt. Beispielsweise lag der Probekörper in Form eines Kreiszylinders mit einem Paar um h beabstandete Endflächen vor. Im Stand der Technik war es aufgrund des Problems der Strahlungs- und anderer Wärmeverluste erforderlich, daß h viel größer ist (und zwar um einen Faktor von mindestens etwa Zehn) als R2, um sicherzustellen, daß die Wärmeströmung radial war. Auf diese Weise war die Wärmeströmung radial, so daß K aus Gleichung (2) bestimmt werden konnte. Um aber Fehler aufgrund von Effekten an den Enden auf ein Mimimum zu reduzieren, mußten die Temperaturen T1 und T2 an Innenpunkten des Probekörpers gemessen werden, das heißt an in der Mitte der Probe (von seinen Endflächen entfernt) liegenden Punkten, wodurch der Meßvorgang mühselig und zeitraubend wurde.
• Außerdem genügt die Geometrie einer relativ dünnen Platte nicht der obenerwähnten Begrenzung bezüglich ihrer Dicke h, weshalb mit Hilfe des oben beschriebenen Radialwärmeströmungsverfahrens keine präzisen Messungen der Wärmeleitfähigkeit einer derartigen Platte erhalten werden können.
• Es wäre deshalb wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum relativ schnellen und leichten Messen der Wärmeleitfähigkeit eines Probekörpers zu haben.
Kurze Darstellung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung ist definiert wie in Anspruch 1 und Anspruch 5 angegeben. Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen der Wärmeleitfähigkeit von Probekörpern in Form von rechtwinkligen Platten gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
• Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines angezeigten Abschnitts der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung mit einem angeordneten Probekörper; und
• Fig. 4 ist eine weggeschnittene perspektivische Ansicht der Vorrichtung zum Messen der Wärmeleitfähigkeit von Platten gemäß einer anderen besonderen Ausführungsform der Erfindung.
• Der Klarheit halber ist keine der Zeichnungen maßstabsgemäß.
Ausführliche Beschreibung
• Wie in Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, enthält die Vorrichtung 100 zum Messen der Wärmeleitfähigkeit eines Probekörpers 60 (Fig. 3) einen Kühlkörper 1, der in der Regel im wesentlichen aus Kupfer besteht. Dieser Kühlkörper 1 weist in der Regel einen quadratischen Boden mit vier einen offenen Hohlraum umgebenden Wänden 59, 69, 79 und 89 auf. Jede dieser Wände weist eine Dicke auf, die in der Regel im ungefähren Bereich von 1,0 bis 2,0 cm liegt, und der offene Hohlraum im Kühlkörper 1 ist mit einer elastischen Füllung 61 aus thermisch isolierendem Material, in der Regel Schaumgummi, angefüllt. Eine dünne Kunststoffolie oder -membran 2, in der Regel aus Kapton, ist an die oberen Flächen jeder der drei Wände 59, 69 und 89 derart gebondet, daß die Kunststoffolie 2 mechanisch so gestreckt ist, daß sie in einem gespannten Zustand ist, und so gehalten wird, das heißt, die Kunststoffolie 2 hängt nicht durch. Die Kunststoffolie 2 weist in der Regel eine Dicke von etwa 8 um und Flächenabmessungen von etwa 4 cm · 4 cm auf, und diese Kunststoffolie 2 liegt über der oberen Fläche der Füllung 61 und berührt sie.
• Eine wärmeleitende Hilfsplatte 3, die so angeordnet ist, daß sie über dem linken Teil (Fig. 3) der dünnen Kunststoffolie 2 liegt, steht aufgrund der Tatsache, daß sie fest auf einen Teil der oberen Fläche der Wand 79 des Kühlkörpers 1 hinuntergedrückt wird, zum Beispiel durch festes Schichten, etwa durch Schrauben 5, 6 und 7, in der Regel Messingschrauben, zwischen einer Klemmstange 4 und der oberen Fläche der Wand 79, in gutem thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper 1.
• Die wärmeleitende Hilfsplatte 3 besteht in der Regel im wesentlichen aus Kupfer und weist eine relativ geringe Dicke von etwa 0,1 mm und rechtwinklige Flächenabmessungen von etwa 0,5 cm · 1,0 cm auf. Diese Hilfsplatte 3 ist auf ihrer unteren Fläche mit einer elektrischen Isolierungsschicht 8 (Fig. 3) beschichtet, und zwar für den Fall, daß durch die (wahlweisen) Adern 28, 29 und 30 gebildete (wahlweise) Thermoelemente unter dieser Hilfsplatte 3 angeordnet sind, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
• Die Anschlußklemmen 11, 12, 13, ..., 18; 31, 32, ..., 38, die in der Regel im wesentlichen aus Kupfer bestehen, sind mit elektrischem Isolierkitt, in der Regel Epoxidharz, in Löcher in den oberen Flächen gegenüberliegender Wände 69 und 89 derart gebondet, daß alle diese Anschlußklemmen von dem Kühlkörper 1 und somit voneinander elektrisch getrennt sind. Jede der dünnen Adern 21, 22, 23, 25, 26, 27, 28, 30, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 und 48 ist separat mit einer anderen dieser Anschlußklemmen verbunden, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt. Jede dieser Adern ist vorteilhafterweise, beispielsweise mit Epoxidkitt, auch an die obere Fläche der dünnen Kunststoffolie 2 gebondet, um ein kompaktes, mechanisch stabiles Leitungsfeld zu bilden, das so angeordnet ist, daß es über der elastischen Füllung 61 liegt. Jede der Adern 21, 22, 41 und 42 ist in der Regel im wesentlichen ein Draht aus Kupfer oder Gold mit einem Durchmesser von etwa 25 um, das heißt so dünn, daß sie nur Wärmemengen leiten, die vernachlässigbar sind.
• Ein länglicher elektrischer Widerstand 51 ist, beispielsweise mit einem Epoxidkitt, an der oberen Fläche der dünnen Kunststoffolie 2 befestigt, wobei eines seiner Enden mit den Adern 21 und 22 und das andere mit den Adern 41 und 42 verbunden ist.
• Bei Meßvorgängen werden, wenn der Probekörper 60 angeordnet ist, Spannungen derart angelegt, daß von der Anschlußklemme 11 durch die Ader 21, durch den Widerstand 51 und durch die Ader 41 zu der Anschlußklemme 31 ein Strom 1 fließt. Die an jedem Ende des Widerstands 51 angeschlossenen zusätzlichen Adern 22 und 42 haben den Zweck, keinen Strom führende Adern bereitzustellen um eine präzisere Messung der an dem Widerstand 51 entstandenen Spannung zu ermöglichen, da diese Spannung für die Berechnung von P in Gleichung (1) benötigt wird.
• Dank der bei den Übergängen 52 und 54 gebildeten Thermoelemente bilden die Adern 23 und 25 zusammen mit einer Ader 24 ein differentielles Thermoelement, wohingegen die Ader 43 und 44 bei Übergang 53 ein einzelnes Thermoelement bilden. In der Regel bestehen die Adern 23 und 25 aus Chromel oder Konstantan, während die Ader 24 im wesentlichen aus Konstantan bzw. Chromel besteht, wobei jede Ader einen typischen Durchmesser von etwa 50 um aufweist. Wie in der Technik bekannt, ist die an den Anschlußklemmen 13 und 14 enstandene und gemessene Spannung ΔV dann proportional zu der Temperaturdifferenz ΔT zwischen den Übergängen 52 und 53, wodurch der für Gleichung (1) erforderliche Wert ΔT/Δx aus einer Messung des Abstands Δx zwischen diesen Übergängen 52 und 53 bestimmt werden kann.
• Die Adern 43 und 44 bilden den Thermoelementübergang 53. In der Regel besteht eine dieser Adern aus Chromel und die andere aus Konstantan, wodurch die an den Anschlußklemmen 33 und 34 entstandene und gemessene Spannung V auf bekannte Weise proportional zu der absoluten Temperatur am Übergang 53 ist - wobei beide Anschlußklemmen 33 und 34 die gleiche absolute Temperatur wie die bekannte Temperatur des Kühlkörpers 1 aufweisen. Dieser Übergang 53 ist vorteilhafterweise etwa in der Mitte zwischen den Übergängen 52 und 54 angeordnet, um die an den Anschlußklemmen 13 und 14 gemessene Spannung ΔV zu kalibrieren, das heißt, um eine Umwandlung dieser Spannung ΔV in die gewünschte Temperaturdifferenz ΔT zu ermöglichen.
• Der Abstand zwischen dem Widerstand 51 und dem Thermoelementübergang 52 ist mindestens das Zehnfache der Dicke des Probekörpers 60, so daß die Verteilung von Richtungen der Wärmeströmung durch diesen Probekörper 60 zumindest in den Bereichen in der Nähe und zwischen den Thermoelementübergängen 52, 53 und 54 von der Stelle entlang der x-Richtung (von dem Widerstand 60 zu der Hilfsplatte 3) unabhängig ist. Die Verbindung des linken Endes der Probekörpers 60 mit der Hilfsplatte 3 ist vorteilhafterweise derart, daß eine örtliche Wärmeleitung erzielt wird, die über die Breite der Probe hinweg gleichmäßig ist (es sei denn, die Länge der Probe in der x-Richtung ist viel größer als ihre Breite sowie ihre Dicke).
• Wahlweise kann ein weiterer Widerstand 55, zusammen mit Adern 26, 27, 45 und 46 und Anschlußklemmen 26, 27, 35 und 36, hinzugefügt werden, um eine Korrektur zu bestimmen, die auf Wärmeverlust durch Leitung oder Strahlung, oder auf beide, von der Fläche des Probekörpers 60 zurückzuführen ist, wie in einem Artikel von J. E. Graebner und J. A. Herb mit dem Titel "Dominance of Intrinsic Phonon Scattering in CVD Diamond", veröffentlicht in Diamond Films and Technology, Band 1, Nr. 3, Seiten 155-164 auf Seiten 157-158 (1992) ausführlicher erläutert wird. Es kann wahlweise auch ein weiteres differentielles Thermoelement, das durch Übergänge zwischen den Adern 28 bzw. 29 (zum Beispiel aus Chromel und Konstantan) und durch die Adern 29 bzw. 30 (zum Beispiel aus Konstantan bzw. Chromel) gebildet wird, hinzugefügt werden, zusammen mit einem weiteren Thermoelement, das aus den Adern 47 bzw. 48 (beispielsweise Konstantan und Chromel) gebildet wird, und zwar zur Prüfung auf eine lose oder anderweitig schlechte thermische Verbindung zwischen der Hilfsplatte 3 und dem Kühlkörper 1 oder zwischen der Hilfsplatte 3 und dem Probekörper 60.
• Der Probekörper 60 liegt vorteilhafterweise in Form einer rechtwinkligen Platte mit gleichmäßiger Dicke vor, die viel geringer ist als die Länge oder Breite der Platte. Die Platte muß nicht rechtwinklig sein, vorausgesetzt die Breite ihres rechten Endes ist in y-Richtung etwa gleich der Länge des Widerstands 51 (ebenfalls in y-Richtung) und die Breite ihres linken Endes ist etwa gleich der Breite der Hilfsplatte 3, und vorausgesetzt die Breite der Platte ist in y-Richtung im Bereich zwischen den Thermoelementübergängen 52 und 54 gleichmäßig, und zwar dies alles, um zwischen diesen Thermoelementübergängen 52 und 54 eine eindimensionale Wärmeströmung sicherzustellen. Die Vorrichtung 100 ist somit geeignet, die Wärmeleitfähigkeit des Probekörpers 60 in einer Ebene (xy-Ebene) in seiner x-Richtung zu messen.
• Der Zweck der Kunststoffolie 2 besteht darin, die Vorfertigung eines stabilen mechanischen Tragsystems für Elemente wie beispielsweise den Widerstand 51 und die Thermoelementübergänge 52, 53 und 54 zusammen mit ihren Zuleitungen 21, 22, 23, 24, 25, 41, 42, 43 und 44 zu ermöglichen. Die Thermoelementübergänge wie beispielsweise die Übergänge 52, 53 und 54 werden in der Regel alle durch Punktschweißen in einem Bogen oder durch Löten mit einem Blei-Zinn-Lot mit einem säurehaltigen Flußmittel gebildet.
• Während Vorgängen zum Messen der Wärmeleitfähigkeit des Probekörpers 60 in einer Ebene (in x-Richtung) wird der Körper 60 so angeordnet, daß sein linkes Ende über der Hilfsplatte 3 und sein rechtes Ende über dem Widerstand 51 liegt. Nach der derartigen Positionierung des Probekörpers 60 wird ein thermisch isolierendes Medium 62, wie beispielsweise Styropor, so angeordnet, daß es über dem Probekörper 60, dem verbleibenden (freiliegenden) Teil der oberen Fläche der Kunststoffolie 2 und der oberen Fläche der Hilfsplatte 3 liegt. Durch eine Druckkraft, die in der Regel durch ein metallisches Gewicht 63 erzeugt wird, wird das thermisch isolierende Medium 62 nach unten gedrückt, wodurch die Trennabstände zwischen der Unterseite dieses Mediums 62 und dem freiliegenden Teil der oberen Fläche der Kunststoffolie 2 und der Hilfsplatte 3 reduziert werden. Auf diese Weise werden unerwünschte Wärmeverluste reduziert und zwischen dem Probekörper 60 und den Heizeinrichtungen, den Thermo elementübergängen und der Hilfsplatte 3 ein guter thermischer Kontakt erzielt.
• Weiterhin dient bei derartigen Vorgängen zum Messen der Wärmeleitfähigkeit des Probekörpers 60 in einer Ebene der Widerstand 51 dank eines Stroms i, der durch ihn von einer nicht gezeigten, an die Anschlußklemmen 11 und 31 angeschlossenen Stromquelle hindurchgeleitet wird, als Heizelement bzw. Wärmequelle (Leistungsquelle). Nach Erhalt eines eingeschwungenen Zustands (das heißt, die Ablesewerte der Thermoelemente ändern sich zeitlich nicht) ist der Wert von P in Gleichung (1) somit gleich P = νi, wobei ν der gemessene Spannungsabfall am Widerstand 51 bei Messung an den Anschlußklemmen 12 und 32 ist und wobei i der obenerwähnte Strom ist, der durch den Widerstand 51, über die Anschlußklemme 11 und die Anschlußklemme 31 fließt, und zwar bei Messung mit bekannten Verfahren. Die vorausgegangene Gleichung P = νi ist gültig, vorausgesetzt, die ganze oder im wesentlichen die ganze von dem Widerstand 51 erzeugte Wärme und keine andere Wärme dringt in den Probekörper 60 ein, und vorausgesetzt, daß die einzige Wärme, die den Probekörper 60 verläßt, dies in Bereichen tut, die links von einem unten ausführlicher zu beschreibenden Thermoelementübergang 54 liegen. Diese Vorbehalte werden unter anderem dank der von der Füllung 61 und dem Medium 62 gebildeten thermischen Isolierung erfüllt, vorausgesetzt, die Breite des Probekörpers 60 ist in y-Richtung beträchtlich geringer als sowohl die der Füllung 61 als auch die des Mediums 62.
• Da P = νi somit aus den gemessenen Werten von ν und i berechnet werden kann, und da der Wert von ΔT/Δx wie oben beschrieben aus den Messungen der Thermoelementspannungen bestimmt werden kann, und da die Querschnittsfläche A des Probekörpers 60 anhand bekannter Verfahren gemessen werden kann, kann dann der gewünschte Wert der Wärmeleitfähigkeit des Probekörpers 60 in einer Ebene (in Richtung) aus Gleichung (1) berechnet werden - nachdem ein eingeschwungener Zustand (thermisches Gleichgewicht) erreicht worden ist und somit nachdem die gemessenen Werte von ΔT, und deshalb nachdem die aus Gleichung (1) berechneten Werte von K, sich über die Zeit nicht verändern. Unter Verwendung der Vorrichtung 100 können somit nacheinander Wärmeleitfähigkeiten von unterschiedlichen Probekörpern in einer Ebene in x-Richtung wie oben für einen einzelnen Probekörper beschrieben gemessen werden, indem lediglich nach dem Messen der Wärmeleitfähigkeit jedes Probekörpers das Gewicht 63 und das Medium 62 entfernt werden und dann mit dem nächsten Probekörper wie oben beschrieben fortgefahren wird.
• Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 300, die zum Messen von Wärmeleitfähigkeit verwendet werden kann, falls der Probekörper (der lediglich aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist) Außenkonturen mit unregelmäßiger Form aufweist. In Fig. 4 gezeigte Elemente, die von der Struktur und der Funktion her den in Fig. 1 und 3 gezeigten ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen plus 100 bezeichnet. Der Hohlraum in dem Kühlkörper 101 ist mit einer nicht gezeigten elastischen Füllung angefüllt, die ähnlich der oben beschriebenen Füllung 61 ist. Der Hauptunterschied zwischen Fig. 4 und Fig. 1, 2 und 3 besteht darin, daß das Heizelement 151 nicht gerade, sondern kreisförmig ist und daß die Hilfsplatte 3 (Fig. 1, 2 und 3) zu einem Sockel 103 wird (Fig. 4).
• Die Adern 121, 122, 141 und 142 sind in der Regel mit einem Epoxidkitt an die obere Fläche der Kunststoffolie 102 gebondet (lediglich aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit nicht gezeigt); die Adern 123, 124 und 125 sind auf ähnliche Weise an die untere Fläche der Kunststoffolie 102 gebondet (lediglich aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit nicht gezeigt); und die Adern 128, 130, 147 und 148 sind analog an die Seitenflächen des Sockels des Sockels 103 gebondet (anstatt frei im Raum zu hängen, wie in Fig. 4 lediglich aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit gezeigt ist). Bei Messungen der Wärmeleitfähigkeit wird der nicht gezeigte Probekörper so angeordnet, daß er über dem Heizelement bzw. dem Widerstand 151 liegt, so daß der Probekörper alle Punkte davon überdeckt und sich überall darüberhinaus erstreckt, um eine kreissymmetrische Erwärmung des Probekörpers zu erreichen. Bei Betrieb mit der Vorrichtung 300 wird ein in Fig. 4 nicht gezeigtes thermisch isolierendes Medium analog dem Medium 62 so angeordnet, daß es über dem Probekörper liegt, und ein Gewicht analog dem Gewicht 63 wird so angeordnet, daß es über diesem thermisch isolierenden Medium liegt. Die Wärmeleitfähigkeit in einer (xy-) Ebene wird dann mit Hilfe von Gleichung (2) berechnet.
• Um den thermischen Kontakt des Probekörpers mit dem Thermoelementübergang sowie mit dem Widerstand und der Hilfsplatte 3 oder dem Sockel 103 zu verbessern, wird vorteilhafterweise auf die Unterseite des Probekörpers ein wärmeleitendes Fett gegeben, bevor der Probekörper in der Vorrichtung 100 oder 300 angeordnet wird. Ebenfalls vorteilhafterweise werden Operationen ausgeführt (wenn Messungen vorgenommen werden), während sich die Vorrichtung 100 oder 300 in einer evakuierten Kammer befindet, in der Regel unter einem Druck von etwa 1 Pascal oder darunter.
• Die Erfindung ist zwar hinsichtlich spezifischer Ausführungsformen beschrieben worden, doch können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die Adern (zum Beispiel 21, 22, ..., 30; 41, 42, 121, 122, 123, 124, 125, 141, 142, 143, 144) und die Widerstände (zum Beispiel 51, 55, 151) auf der Kunststoffolie (zum Beispiel 2, 102) ausgebildet werden, indem sie als Dünnfilmdrähte bzw. -widerstände abgeschieden werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung (100) zum Messen der Wärmeleitfähigkeit eines plattenförmigen Probekörpers (60), umfassend:

(a) einen Kühlkörper (1) mit einem offenen Hohlraum;

(b) einen Körper aus thermisch isolierendem elastischem Material (61), das den Hohlraum im wesentlichen ausfüllt;

(c) eine dünne Membran (2), die an einem freiliegenden Teil des Körpers aus thermisch isolierendem elastischem Material angeordnet ist;

(d) einen ersten (23, 24, 25) und einen zweiten (43, 44) Temperatursensor, die beabstandet sind und an einem ersten bzw. zweiten örtlich festgelegten Teil der dünnen Membran angeordnet und daran befestigt sind;

(e) eine Wärmequelle (51), die an einem dritten örtlich festgelegten Teil der dünnen Membran angeordnet und befestigt ist; und

(f) eine wärmeleitende Hilfsplatte (3) mit einem ersten Endteil, der mit dem Kühlkörper thermisch verbunden ist, und einem zweiten Endteil, der an einem vierten örtlich festgelegten Teil der dünnen Membran angeordnet ist, wobei sowohl der erste als auch der zweite örtlich festgelegte Teil der dünnen Membran zwischen dem dritten und vierten örtlich festgelegten Teil der Membran liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die dünne Membran eine Kunststoffolie ist, die an den Kühlkörper gebondet ist, wobei die Kunststoffolie in einem mechanisch gespannten Zustand gehalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste und der zweite Temperatursensor ein differentielles Thermoelement bilden und wobei die Zuleitung zu dem ersten und dem zweiten Temperatursensor an die dünne Membran gebondet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Wärmequelle einen elektrischen Widerstand umfaßt, der an die dünne Membran gebondet ist und wobei die Zuleitung an die dünne Membran gebondet ist.

5. Verfahren zum Messen der Wärmeleitfähigkeit eines plattenförmigen Probekörpers (60), mit den folgenden Schritten:

(a) Bereitstellen einer Vorrichtung (100), die folgendes umfaßt:

(1) einen Kühlkörper (1) mit einem offenen Hohlraum;

(2) einen Körper aus thermisch isolierendem elastischem Material (61), das den Hohlraum im wesentlichen ausfüllt;

(3) eine dünne Membran (2), die an einem freiliegenden Teil des Körpers aus thermisch isolierendem elastischem Material angeordnet ist;

(4) einen ersten (23, 24, 25) und einen zweiten (43, 44) Temperatursensor, die beabstandet sind und an einem ersten bzw. zweiten örtlich festgelegten Teil der dünnen Membran angeordnet und daran befestigt sind;

(5) eine Wärmequelle (51), die an einem dritten örtlich festgelegten Teil der dünnen Membran angeordnet und befestigt ist; und

(6) eine wärmeleitende Hilfsplatte (3) mit einem ersten Endteil, der mit dem Kühlkörper thermisch verbunden ist, und einem zweiten Endteil, der an einem vierten örtlich festgelegten Teil der dünnen Membran angeordnet ist, wobei sowohl der erste als auch der zweite örtlich festgelegte Teil der dünnen Membran zwischen dem dritten und vierten örtlich festgelegten Teil der Membran liegen;

(b) Plazieren des Probekörpers in einer über der dünnen Membran liegenden Position und im Wärmekontakt mit dem ersten und dem zweiten Temperatursensor, mit der Wärmequelle und mit der Hilfsplatte;

(c) Plazieren eines thermisch isolierenden Mediums auf dem Probekörper,

(d) Bestimmen des Spannungsunterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Temperatursensor;

(e) Bestimmen der Wärmeströmung durch die Wärmequelle; und

(f) Berechnen der Wärmeleitfähigkeit des Probekörpers auf der Grundlage des Abstands und des Spannungsunterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Temperatursensor und der Wärmeströmung durch die Wärmequelle.

6. Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin mit dem Schritt des Ausübens einer Druckkraft auf das thermisch isolierende Medium, wodurch der Wärmewiderstand zwischen dem Probekörper und der Wärmequelle, der Wärmewiderstand zwischen dem Probekörper und dem beabstandeten ersten und zweiten Temperatursensor und der Wärmewiderstand zwischen dem Probekörper und der Hilfsplatte reduziert werden.