[發(fā)明專利]一種界面接觸熱阻的高精度測試方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910237000.6 | 申請日： | 2019-03-27 |
| 公開（公告）號： | CN109839406B | 公開（公告）日： | 2022-08-09 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張平;李強;宣益民;馬偉;陳孟君;黃勇;史波;楊道國 | 申請（專利權(quán)）人： | 桂林電子科技大學(xué) |
| 主分類號： | G01N25/20 | 分類號： | G01N25/20 |
| 代理公司： | 北京智信四方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11519 | 代理人： | 黃健 |
| 地址： | 541004 廣西*** | 國省代碼： | 廣西;45 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 界面 接觸 高精度 測試 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種界面接觸熱阻的高精度測試方法，屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明所述的測試方法采用先進的非接觸熱成像技術(shù)進行多個數(shù)據(jù)點的平均處理，較現(xiàn)有界面溫差的界面外推或隨機取值選取方法，該測試方法能更為精準(zhǔn)的計算得到界面溫差，也更進一步提高了采用先進熱成像技術(shù)進行界面接觸熱阻的測試精度，可實現(xiàn)高溫、瞬態(tài)和微納米尺度的界面接觸熱阻高精度測試，并且可實現(xiàn)從常溫~2700℃溫度區(qū)間的界面接觸熱阻測試。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種界面接觸熱阻的測試方法。
背景技術(shù)
接觸熱阻是一個受材料物性、機械特性、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)ASTM D5470-06的測試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相類似，但多有文獻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。
高溫條件下溫度測量主要有接觸式和非接觸式測量方法，由于普通的接觸式溫度測量溫度范圍有限，且溫度探頭需嵌入到試件內(nèi)部，可能破壞試件溫度分布，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。更為重要的是，采用接觸式方法無法直接測量高溫接觸界面處溫度，需要在試件軸向方向布置多個測點，然后外推計算出界面溫度，其測量誤差大，而且在厚度只有幾毫米的試件上開孔定位也很難實現(xiàn)。因在大熱流密度加載地高溫條件下的接觸界面溫差在毫米距離已經(jīng)高達上百攝氏度,此時如果還是以溫度傳感器打孔安裝的方式外推界面溫度已經(jīng)不再適用,且在高溫條件下，由于溫度傳感器引入的附加誤差影響也會相當(dāng)明顯。總之，上述穩(wěn)態(tài)方法和非穩(wěn)態(tài)方法主要是針對常溫及不超過600℃情況下的材料接觸熱阻測量方法，而高溫條件下的接觸熱阻由于涉及諸多關(guān)鍵問題一直沒有很好的且具有較高精度的測試方法可用于實際測試。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種界面接觸熱阻的高精度測試方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：一種界面接觸熱阻的高精度測試方法，所述方法包括以下步驟：
第一步，測試設(shè)備的準(zhǔn)備：
將待測上、下兩試樣設(shè)置在加熱體和制冷塊之間；
第二步，加載壓應(yīng)力，開啟加熱體和制冷塊：
加載所需壓應(yīng)力，開啟加熱體，同時對制冷塊進行冷卻；
第三步，采集待測試樣界面上的溫度數(shù)據(jù)：
采用高清熱成像技術(shù)對待測上、下兩試樣界面上的溫度進行采集和存儲，得到溫度場圖像；
第四步，溫度場圖像數(shù)據(jù)的處理：
對該溫度場圖像進行圖像提取，提取后圖像需包括待測試樣接觸界面，對提取后的圖像數(shù)據(jù)進行平均值處理，再以提取后圖像縱向方向(待測試樣軸向方向或待測試樣設(shè)置方向)的像素點為縱坐標(biāo)(或橫坐標(biāo))，以其對應(yīng)的溫度值為橫坐標(biāo)(或縱坐標(biāo))作數(shù)據(jù)擬合曲線，得到待測兩試樣的溫度梯度曲線和待測兩試樣接觸界面間的溫度曲線，設(shè)所得曲線交點之間的差值為界面溫差ΔTc；
第五步，接觸熱阻R的計算：
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