[发明专利]一种高精度热界面材料测试方法

摘要

本发明公开了一种高精度热界面材料测试方法，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；第二步，加载压应力，正向对热流量计加热；第三步，采集测试点温度和正向接触热阻R′的计算；第四步，加载压应力，反向加载热流，采集测试点温度；第五步，反向接触热阻R″的计算；第六步，热界面材料的接触热阻R的计算；第七步，热界面材料厚度L测量，热界面材料的当量导热系数的计算。本方法采用上下双向热流的对称测试结构进行测量可以基本消除由于测试热流量计上布置的多个温度传感器与测试热流量计的接触情况各异从而产生的温度测量的不确定性误差，进而在保证热流量精度的前提下可极高精度的测得热界面材料的接触热阻和有效当量导热系数。

主权项

1.一种高精度热界面材料测试方法，其特征在于如下步骤：第一步，测试设备的准备和测试热流量计测试点的选取：加工出两个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，在两个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：以两个热流量计纵轴方向上的接触界面截面位置为对称面，两个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：对两个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：将两个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个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，对两个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：将两个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：在正向测试时，若两热流量计接触界面的外推温度T_s-1′和T_s-2′为：T_s-1′＝a_s-1(T_s-1-T₀)+E_s-1T_s-2′＝a_s-2(T_s-2-T₀)+E_s-2其中a_s-1和a_s-2为温度传感器的系数，T_s-1和T_s-2为两热流量计正向测试时在接触界面的实际温度，T₀为温度传感器的参考温度，E_s-1和E_s-2为温度传感器的误差项；正向热界面材料的接触热阻R′为：R′=ΔTs′Q=as-1+as-22·R+as-1-as-22(Ts-1+Ts-2-2T0)Q+Es-1-Es-2Q]]>同理，反向测试时两热流量计接触界面的外推温度T_s-1″和T_s-2″为：Ts-1′′=as-1(T←s-1-T0)+E←s-1]]>Ts-2′′=as-2(T←s-2-T0)+E←s-2]]>其中，和为两热流量计反向测试时在接触界面的实际温度，和为温度传感器的误差项；同理反向热界面材料的接触热阻R″为：R′′=ΔTs′′Q=as-1+as-22·R+as-1-as-22(T←s-1+T←s-2-2T0)Q-E←s-1-E←s-2Q]]>因温度传感器的系数a_s-1=a_s-2=1，则热界面材料的接触热阻R为：R=R′+R′′2+(Es-1-Es-2)-(E←s-1-E←s-2)Q]]>此时可令(Es-1-Es-2)≈(E←s-1-E←s-2)≈0,]]>从而R=R′+R′′2.]]>第七步，热界面材料厚度L测量，热界面材料的当量导热系数的计算；通过在两热流量计接触界面位置布置的原位测量系统的参考点位置变化测得热界面材料的厚度L，计算表观接触热阻R_A为：R_A＝A×R，其中A为接触面积，从而当量有效导热系数k_eff为：keff=LRA.]]>