[发明专利]一种高精度热界面材料测试方法

说明书

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种接触热阻测试方法，适用于对常用材料的界面接触热阻的测试，尤其适用于对热界面材料的性能测试。

背景技术

接触热阻是一个受材料物性、机械特性、表面形貌、接触压力、温度、间隙材料等众多因素影响的参数。根据实验热流是否稳定，一般把接触热阻测量方法分为瞬态法和稳态法。瞬态法也是一种常用的接触热阻实验测量方法，其主要包括激光光热测量法、热成像法、“flash”闪光法、激光光声法等，其中激光光热测量法又包含调制光热法和热扫描法，调制光热法又有光热幅值法、光热相位法和脉冲法之分。虽然各种瞬态法虽宜于快速测量且可测量小到纳米数量级的薄膜，但其测量过程易受各种因素影响，且公式推导相对复杂，测量精度也较难保证。因此，界面接触热阻测量方法最常用的是稳态法：在两接触样品上维持一定的温差，测量两样品轴向上的温度值，再由傅里叶定律外推至接触界面处从而得到界面上的温差；热流量可由热流量计测量或由样品材料的热导率和温度梯度计算得到，从而R=|T1-T2|/Q。稳态接触热阻测试方法多是和美国国家标准ASTMD5470-06的测试标准设备相类似，但多有文献指出由于温度测量的不确定性误差和热损失误差很难保证对界面接触热阻有足够高的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度热界面材料测试方法，通过正反方向的热流测试消除温度测量的不确定性误差，从而实现高精度的测量热界面材料的界面接触热阻和当量导热系数。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高精度热界面材料测试方法，所述方法包括以下步骤：

第一步，测试设备的准备和测试热流量计测试点的选取：

加工出两标准材料的热流量计，将热流量计竖直安装在两个上下对称设置的加热制冷套之间，在两加热制冷套上设置有应力加载装置，所述的热流量计上设置有温度传感器，温度传感器与数据采集系统连接，用于测试热流量计的轴向温度；

热流量计上测试点之间的位置满足如下关系：以两热流量计纵轴方向上的接触界面截面位置为对称面，两热流量计上的测试点位置完全对称，每个热流量计从下端面到上端面之间均设置n个测试点，每个热流量计上相邻两个测试点之间的轴向距离相等，测试点之间的距离为dx；

第二步，加载压应力，正向对热流量计加热：

对两热流量计轴向的其中的一端加热，另一端冷却，热流量计温度达到稳定后开始采集测试温度；所述的测试温度包括各热流量计上n个测试点的测量温度T_i,ji=1，······n，n为每个热流量计上测试点数目并按对称面对称，j=1，2分别表示两不同的热流量计；

第三步，采集测试点温度和正向接触热阻R′的计算：

将两热流量计上每一个测试点上的温度进行采集和存储，此时热流量计上n个测试点的测量温度为T_i,j′i=1，······n；

根据每个热流量计上n个测试点的位置和测量温度T_i,j′的温度梯度关系，通过数值外推法可得到两热流量计在接触界面处的外推温度T_s-1′和T_s-2′，进而接触界面温差ΔT_s′为：

ΔT_s′＝T_s-1′-T_s-2′

此时由已知热流量Q进而得到正向接触热阻

第四步，加载压应力，反向加载热流，采集测试点温度：

同样条件下，加载和第二步相同的压应力，反向操作，对两热流量计轴向的一端加热，一端冷却，热流量计温度达到稳定后开始采集测试温度；

第五步，反向接触热阻R″的计算：

将两热流量计上每一个测试点上的温度进行采集和存储，此时热流量计上n个测试点的测量温度为T_i，j″i=1，······n；

同样，根据每个热流量计上n个测试点的位置和测量温度T_i，j″的温度梯度关系，通过数值外推法可得到两热流量计在接触界面处的外推温度T_s-1″和T_s-2″，进而接触界面温差ΔT_s″为：

ΔT_s″＝T_s-1″-T_s-2″

此时由已知热流量Q进而得到反向接触热阻

第六步，热界面材料的接触热阻R的计算：