[实用新型]用于稳态法测量膏状材料导热性能的样品支架

说明书

本实用新型公开了一种用于稳态法测量膏状材料导热性能的样品支架，其包含：上金属片、下金属片、金属丝以及绝热环；该绝热环具有中心孔，该中心孔的孔径与上金属片、下金属片的直径一致，待测膏状材料分别涂覆在上金属片、下金属片上形成待测膏状材料涂层，金属丝位于下金属片上的待测膏状材料涂层中。本实用新型的样品支架结构简便，通过该样品支架制备的试样用于稳态法测量装置以测量膏状材料的导热系数，在施加压力的情况下，可以保证膏状材料具有足够的厚度，从而减少了测量误差。本实用新型提供的测量方法，在计算过程中消除了传统测量方法中测量臂与膏状材料之间接触热阻对测量结果的影响，实现了膏状材料导热系数的准确测量。

技术领域

本实用新型涉及一种用于稳态法测量膏状材料导热性能的样品支架。

背景技术

由于实际工程表面不是绝对光滑，两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅仅发生在一些离散的面积元上，真实接触面积通常只占名义接触面积的1％。在未接触界面之间的间隙常常充满了空气，当热量以导热的方式穿过气隙层时，与固体表面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。接触热阻的存在会对工程系统的有效热管理产生不利影响，为了减少接触热阻通常将膏状导热材料涂抹在两固体表面之间充当热界面材料。热界面材料的导热系数是其重要性能参数，该数值的准确测量对热界面材料的研发及实际工程应用具有重要意义。

目前导热系数的测量方法分为稳态测量法和瞬态测量法。稳态测量法是将被测材料放置在两冷、热测量臂之间，经过足够上时间后形成稳定热场。然后测量通过被测材料的热流和温差，进而推算被测材料的导热系数。稳态法可以用来测量固体和膏状材料的导热性能。瞬态测量法是通过测量材料内部温度场在瞬间加热后随时间发生变化的规律，进而推算材料的导热系数。常用的瞬态测量法包括热线法、激光闪射法等。目前膏状材料导热系数的测量主要采用稳态测量法。

稳态法测量膏状材料导热性能的测量原理如图1所示，稳态法测量装置由热源10、冷源20、热端测量臂11、冷端测量臂21及热电偶(T1～T6)等部件组成。在测量过程中，膏状试样1被涂抹在冷、热端测量臂之间，在热源和冷源的作用下，经过足够长时间后会在冷、热测量臂和膏状试样中形成稳定热场。根据冷、热测量臂中热电偶的位置和所测得的温度值可以计算出在稳态下通过膏状试样的热流及冷、热测量臂与试样接触处的温度。根据傅里叶定理，膏状材料产生的热阻可由公式(1)计算得到。

式中t₁、t₂为冷、热测量臂与试样接触处的温度；q为在稳态下通过膏状试样的热流。

通过测量膏状材料在两测量臂之间的厚度，结合公式(1)计算得到的热阻值，可由公式(2)计算得到膏状材料的导热系数。

式中l为膏状材料在两测量臂之间的厚度；R为膏状材料产生的热阻。

上述测量方法有以下两个缺陷，会导致测量结果不准确。首先，公式(1) 计算得到的热阻值比膏状材料实际产生的热阻值偏大，因为其包含了试样与两测量臂之间的接触热阻。热阻网络分析如图2所示，所测得热阻R由三部分组成，分别为膏状试样与冷、热测量臂之间的接触热阻R_c,1、R_c,2以及膏状试样自身热阻R_TIM。其次，由于膏状材料自身具有一定流动性，将其直接涂抹在两测量臂之间并施加一定测量压力时，试样会大量溢出，导致所形成的试样层厚度很小，在测量工具精度恒定时会大大增加测量误差。

实用新型内容

鉴于上述稳态法测量装置在测量膏状材料导热系数时的不足，本实用新型设计了一种样品支架。通过使用该样品支架可以有效解决上述两问题，从而实现膏状材料导热系数的准确测量。