[發(fā)明專利]上下恒溫參數(shù)辨識法測熱界面材料性能

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210278771.8
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102830134A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宣益民;張平;李強(qiáng);徐德好
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種接觸熱阻測試方法及設(shè)備，適用于對常用材料的界面接觸熱阻的測試，尤其適用于對熱界面材料的性能測試。

背景技術(shù)

接觸熱阻是一個受材料物性、機(jī)械特性、表面形貌、接觸壓力、溫度、間隙材料等眾多因素影響的參數(shù)。根據(jù)實驗熱流是否穩(wěn)定，一般把接觸熱阻測量方法分為瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法。瞬態(tài)法也是一種常用的接觸熱阻實驗測量方法，其主要包括激光光熱測量法、熱成像法、“flash”閃光法、激光光聲法等，其中激光光熱測量法又包含調(diào)制光熱法和熱掃描法，調(diào)制光熱法又有光熱幅值法、光熱相位法和脈沖法之分。雖然各種瞬態(tài)法雖宜于快速測量且可測量小到納米數(shù)量級的薄膜，但其測量過程易受各種因素影響，且公式推導(dǎo)相對復(fù)雜，測量精度也較難保證。因此，界面接觸熱阻測量方法最常用的是穩(wěn)態(tài)法：在兩接觸樣品上維持一定的溫差，測量兩樣品軸向上的溫度值，再由傅里葉定律外推至接觸界面處從而得到界面上的溫差；熱流量可由熱流量計測量或由樣品材料的熱導(dǎo)率和溫度梯度計算得到，從而R=|T1-T2|/Q。穩(wěn)態(tài)接觸熱阻測試方法多是和美國國家標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5470-06的測試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相類似，但多有文獻(xiàn)指出由于溫度測量的不確定性誤差和熱損失誤差很難保證對界面接觸熱阻有足夠高的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種上下恒溫參數(shù)辨識法測熱界面材料接觸熱阻，在保證熱流量精度的前提下可極高精度的測得熱界面材料的接觸熱阻和有效當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：上下恒溫參數(shù)辨識法測熱界面材料性能，其特征在于如下步驟：

第一步，測試標(biāo)準(zhǔn)材料熱流量計的準(zhǔn)備。

加工出兩個標(biāo)準(zhǔn)材料的熱流量計，將熱流量計豎直同軸夾裝在兩加熱制冷套之間，在兩加熱制冷套上設(shè)置有應(yīng)力加載裝置，所述的熱流量計上設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于測試試樣的軸向溫度；

熱流量計上測試點之間的位置滿足如下關(guān)系：以兩個熱流量計軸向方向上的接觸界面截面位置為對稱面，兩個熱流量計上的測試點位置完全對稱，每個熱流量計上的相鄰兩個測試點之間的軸向距離相等，每個熱流量計從下端面到上端面之間設(shè)置n個測試點，測試點之間的距離為dx；

第二步，兩熱流量計接觸界面之間放置熱界面材料，加載壓應(yīng)力，正向?qū)崃髁坑嫾訜幔?/p>

對兩個熱流量計軸向的其中的一端加熱，另一端冷卻，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測試溫度；所述的測試溫度包括各熱流量計上n個測試點的測量溫度T_i，j，i=1，······n，n為熱流量計上測試點數(shù)目并按對稱面對稱，j=1，2分別表示兩不同的熱流量計；

第三步，測試點測量溫度的修正；

在做好充分的絕熱條件下，對熱流量計的兩端同時設(shè)定一個恒定溫度，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測試溫度；所述的測試溫度包括熱流量計上n個測試點的測量溫度i=1，······n，n為熱流量計上測試點數(shù)目；

對第二步中所采集的n個測試點的溫度測量范圍根據(jù)精度需要進(jìn)行上述的多恒定溫度點重復(fù)進(jìn)行熱流量計上n個測試點的測量溫度采集，并把熱流量計上各個測試點的測量溫度與所設(shè)定的恒定溫度進(jìn)行參數(shù)辨識分析，進(jìn)行線性擬合或多元擬合成相關(guān)函數(shù)；

第四步，接觸熱阻R的計算；

把第三步中相關(guān)函數(shù)對步驟二中采集的各個測試點的測量溫度進(jìn)行求解，得到一修正溫度i=1，······n，n為熱流量計上測試點數(shù)目；

進(jìn)而在忽略熱流損失的情況下，可較高精度的計算得到熱流量計的接觸熱阻R；

第五步，熱界面材料厚度L測量，熱界面材料的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的計算；

通過在兩熱流量計接觸界面位置布置的原位測量系統(tǒng)的參考點位置變化測得熱界面材料的厚度L，計算表觀接觸熱阻R_A為：R_A＝A×R，其中A為接觸面積，從而當(dāng)量有效導(dǎo)熱系數(shù)k_eff為：

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為保證溫度梯度的一維性，熱流量計的為圓柱體或長方體。