一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法与流程

本发明属于接触热阻测试领域，特别涉及一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法。

背景技术：

1、航天器电子产品在预研及在轨飞行阶段要经历严苛的热环境，为了保证航天器产品运行的稳定性，防止热失效，必须针对发热元器件到舱板热沉的导热路径进行有效控制。航天器电子产品在舱内主要传热方式是热传导，而导热路径上热阻主要由固体内部导热热阻及固体与固体界面间的接触热阻组成。接触热阻主要描述了固体与固体不完全接触而对热传导产生的阻碍作用，是决定多层固体组合温度场的关键参数，且接触热阻的求解是研究多层固体之间传热要解决的重点问题之一。

2、实际工程应用发现，接触热阻与接触固体材料，接触界面压力及接触面形貌状态等众多复杂因素有关，因此接触热阻的求解主要还是基于实验研究，还没有一种具有普适性的接触热阻求解模型。截止到目前，在热设计过程中，接触热阻参数数据主要基于以往热试验积累的数据。由于不同导热界面材料种类及接触状态对接触热阻求解结果影响很大，且近年来随着元器件集成度提高，亟须引入高性能导热界面材料，因此必须准确模拟固体接触面的实际工况，减小热设计仿真过程中接触热阻参数与实际的偏差。

3、综上所述，有必要提供一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法，准确测定导热界面材料接触热阻，为高性能导热界面材料的研发、选用提供支撑。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法，以获取不同导热界面材料或同一导热界面材料不同接触状态下界面间的接触热阻。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、第一方面，一种导热界面材料接触热阻的测试装置，由下至上依次包括：底板、平板热管、定位格栅、加热电阻和上盖板；

4、底板为金属平板，支撑其上各组件；

5、平板热管作为冷源，其上支撑待测导热界面材料，对待测导热界面材料散热；

6、定位格栅为板框结构，下板面加工有与平板热管的外缘吻合的限位框，定位格栅上开设格栅孔，用于定位待测导热界面材料在平板热管上的安放位置；待测导热界面材料在平板热管上的安放位置确定后，定位格栅自平板热管上取出；

7、加热电阻作为热源，压在待测导热界面材料上，通过控制其功率确定通过待测导热界面材料的热量，通过确定加热电阻和平板热管的温度获得接触界面的温差；

8、上盖板的下板面上设置有内设螺纹的中空支撑杆和调节压杆，中空支撑杆下端开口并抵在平板热管上，调节压杆下端抵在加热电阻上，螺纹连接件自上盖板依次穿过中空支撑杆和平板热管，在底板内完成测试装置支撑结构的紧固；

9、或者，上盖板的下板面上不设置调节压杆，上盖板对应加热电阻的区域开设上下贯通的空域，调节盖板的下板面上固定有调节压杆，调节盖板覆盖在空域上，调节压杆延伸至空域下方，对加热电阻抵压固定。。

10、第二方面，一种导热界面材料接触热阻的测试方法，包括如下方法：

11、依次叠放底板、平板热管和定位格栅，通过定位格栅定位待测导热界面材料在平板热管上的安放位置，待测导热界面材料在平板热管上的安放位置确定后，定位格栅自平板热管上取出；

12、在待测导热界面材料上压放加热电阻并加盖带有调节压杆的上盖板，或者加盖上盖板和带有调节压杆的调节盖板，通过螺纹连接件完成测试装置支撑结构的紧固，通过调节压杆压紧热电阻和待测导热界面材料；

13、对加热电阻通电，控制其功率确定通过待测导热界面材料的热量q，测量加热电阻和平板热管的温度获得接触界面的温差δt；接触热阻r＝δt/q。

14、根据本发明提供的一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法，具有以下有益效果：

15、(1)本发明提供的一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法，热源采用加热电阻，冷源为平板热管，可以实现热源结构与冷源本体温度均匀，仅需测量冷源及热源两个位置处的温度，即可准确得到接触界面的温差，大大减少了测点数量，简化了实验系统，可以直观得到导热界面材料处的温差；再通过控制热源加热电阻功率来精确得到通过固体界面的热量，即可获得待测导热界面材料的接触热阻；

16、(2)本发明提供的一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法，可以根据待测导热界面材料数量，一次可以测量多组导热界面材料接触热阻，节省了大量试验时间；

17、(3)本发明提供的一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法，支撑杆、调节压杆等支撑材料为热导率低的聚酰亚胺材料制作，底板为热导率高的金属材料，保证加热电阻的热量全部由上至下传递，同时使得测试装置温度能迅速达到稳态，大幅减小实验时间；

18、(4)本发明提供的一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法，利用调节压杆来控制导热材料压缩量，以测量不同间隙状态工况的接触热阻。

技术特征：

1.一种导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，由下至上依次包括：底板(1)、平板热管(2)、定位格栅(4)、加热电阻(5)和上盖板(8)；

2.根据权利要求1所述的导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，所述上盖板(8)为多组，带有不同长度调节压杆(7)，通过更换带有不同长度调节压杆(7)的上盖板(8)，控制待测导热界面材料(3)的压缩程度。

3.根据权利要求1所述的导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括调节盖板(9)，所述调节盖板(9)的下板面上固定有调节压杆(7)；所述上盖板(8)对应加热电阻(5)的区域开设上下贯通的空域，调节盖板(9)覆盖在空域上，调节压杆(7)延伸至空域下方，对加热电阻(5)抵压固定。

4.根据权利要求3所述的导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，所述调节盖板(9)为多组，带有不同长度调节压杆(7)，通过更换调节盖板(9)，控制待测导热界面材料(3)的压缩程度。

5.根据权利要求1所述的导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，所述定位格栅(4)上加工多个格栅孔，以在平板热管上定位多个待测导热界面材料(3)，各待测导热界面材料(3)上方依次设置相应的加热电阻(5)和调节压杆(7)，实施多组待测导热界面材料(3)接触热阻的同时测量。

6.根据权利要求1所述的导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，所述平板热管(2)的最大热流密度100w，等温性小于1℃；

7.根据权利要求1所述的导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，所述平板热管(2)和加热电阻(5)的温度通过温度传感器确定。

8.根据权利要求7所述的导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，所述温度传感器为工业级t型铜-康铜热电偶，测量温度范围为-200～300℃。

9.根据权利要求1所述的导热界面材料接触热阻的测试装置，其特征在于，所述待测导热界面材料(3)的压缩量通过平板热管(2)和加热电阻(5)之间的间隙确定。

10.一种导热界面材料接触热阻的测试方法，其特征在于，包括如下方法：

技术总结
本发明提供了一种导热界面材料接触热阻的测试装置及方法，由下至上依次包括：底板、平板热管、定位格栅、加热电阻和上盖板；热源采用加热电阻，冷源采用平板热管，待测导热界面材料位于热源与冷源之间，热源加热电阻及冷源均热板温度整体一致，仅需测量冷源及热源两个位置处的温度，即可准确得到接触界面的温差，大大减少了测点数量，简化了实验系统，可以直观得到导热界面材料处的温差，再通过控制热源加热电阻功率来精确得到通过固体界面的热量，即可获得待测导热界面材料的接触热阻；同时根据待测导热界面材料数量，一次可以测量多组导热界面材料接触热阻，节省了大量试验时间。

技术研发人员：王升,梁大鹏,董锋,刘江涛,王琼皎,李科,李冰霏
受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16