專利名稱：上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)熱界面材料性能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種接觸熱阻測(cè)試方法及設(shè)備，適用于對(duì)常用材料的界面接觸熱阻的測(cè)試，尤其適用于對(duì)熱界面材料的性能測(cè)試。
背景技術(shù)：
接觸熱阻是ー個(gè)受材料物性、機(jī)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(shí)驗(yàn)熱流是否穩(wěn)定，一般把接觸熱阻測(cè)量方法分為瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法。瞬態(tài)法也是ー種常用的接觸熱阻實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，其主要包括激光光熱測(cè)量法、熱成像法、“ flash”閃光法、激光光聲法等，其中激光光熱測(cè)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(cè)量且可測(cè)量小到納米數(shù)量級(jí)的薄膜，但其測(cè)量過(guò)程易受各種因素影響，且公式推導(dǎo)相對(duì)復(fù)雜，測(cè)量精度也較難保證。因此，界面接觸熱阻測(cè)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(cè)量?jī)蓸悠份S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(jì)測(cè)量或由樣品材料的熱導(dǎo)率和溫度梯度計(jì)算得到，從而R= I T1-T2 I /Q0穩(wěn)態(tài)接觸熱阻測(cè)試方法多是和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5470-06的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相類似，但多有文獻(xiàn)指出由于溫度測(cè)量的不確定性誤差和熱損失誤差很難保證對(duì)界面接觸熱阻有足夠高的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)熱界面材料接觸熱阻，在保證熱流量精度的前提下可極高精度的測(cè)得熱界面材料的接觸熱阻和有效當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)熱界面材料性能，其特征在于如下步驟第一歩,測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)材料熱流量計(jì)的準(zhǔn)備。加工出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)材料的熱流量計(jì)，將熱流量計(jì)豎直同軸夾裝在兩加熱制冷套之間，在兩加熱制冷套上設(shè)置有應(yīng)カ加載裝置，所述的熱流量計(jì)上設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于測(cè)試試樣的軸向溫度；熱流量計(jì)上測(cè)試點(diǎn)之間的位置滿足如下關(guān)系以兩個(gè)熱流量計(jì)軸向方向上的接觸界面截面位置為對(duì)稱面，兩個(gè)熱流量計(jì)上的測(cè)試點(diǎn)位置完全對(duì)稱，每個(gè)熱流量計(jì)上的相鄰兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的軸向距離相等，每個(gè)熱流量計(jì)從下端面到上端面之間設(shè)置n個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)之間的距離為dx ；第二步，兩熱流量計(jì)接觸界面之間放置熱界面材料，加載壓應(yīng)力，正向?qū)崃髁坑?jì)加熱對(duì)兩個(gè)熱流量計(jì)軸向的其中的一端加熱，另一端冷卻，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括各熱流量計(jì)上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度Tm，i=l，......n,n為熱流量計(jì)上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目并按對(duì)稱面對(duì)稱，j=l，2分別表示兩不同的熱流量計(jì)；第三歩，測(cè)試點(diǎn)測(cè)量溫度的修正；在做好充分的絕熱條件下，對(duì)熱流量計(jì)的兩端同時(shí)設(shè)定ー個(gè)恒定溫度，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括熱流量計(jì)上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度Tlj，i=l,......n, n為熱流量計(jì)上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目；對(duì)第二步中所采集的n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度測(cè)量范圍根據(jù)精度需要進(jìn)行上述的多恒定溫度點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行熱流量計(jì)上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度采集，并把熱流量計(jì)上各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度與所設(shè)定的恒定溫度進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)分析，進(jìn)行線性擬合或多元擬合成相關(guān)函數(shù)；第四步，接觸熱阻R的計(jì)算；把第三步中相關(guān)函數(shù)對(duì)步驟ニ中采集的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度進(jìn)行求解，得到一修正溫度，i=l，......n, n為熱流量計(jì)上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目； 進(jìn)而在忽略熱流損失的情況下，可較高精度的計(jì)算得到熱流量計(jì)的接觸熱阻R ；第五步，熱界面材料厚度L測(cè)量，熱界面材料的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算；通過(guò)在兩熱流量計(jì)接觸界面位置布置的原位測(cè)量系統(tǒng)的參考點(diǎn)位置變化測(cè)得熱界面材料的厚度L，計(jì)算表觀接觸熱阻Ra為Ra = AXR，其中A為接觸面積，從而當(dāng)量有效導(dǎo)熱系數(shù)krff為
權(quán)利要求
1.上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)熱界面材料性能，其特征在于如下步驟 第一歩，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)材料熱流量計(jì)的準(zhǔn)備。
加工出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)材料的熱流量計(jì)，將熱流量計(jì)豎直同軸夾裝在兩個(gè)加熱制冷套之間，在兩個(gè)加熱制冷套上設(shè)置有應(yīng)カ加載裝置，所述的熱流量計(jì)上設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于測(cè)試試樣的軸向溫度； 熱流量計(jì)上測(cè)試點(diǎn)之間的位置滿足如下關(guān)系以兩個(gè)熱流量計(jì)軸向方向上的接觸界面截面位置為對(duì)稱面，兩個(gè)熱流量計(jì)上的測(cè)試點(diǎn)位置完全對(duì)稱，每個(gè)熱流量計(jì)上的相鄰兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的軸向距離相等，每個(gè)熱流量計(jì)從下端面到上端面之間設(shè)置n個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)之間的距離為dx ； 第二步，兩熱流量計(jì)接觸界面之間放置熱界面材料，加載壓應(yīng)力，正向?qū)崃髁坑?jì)加執(zhí)； 對(duì)兩個(gè)熱流量計(jì)軸向的其中的一端加熱，另一端冷卻，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括各熱流量計(jì)上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度1^_，i=l,......n，n為熱流量計(jì)上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目并按對(duì)稱面對(duì)稱，j=l，2分別表示兩不同的熱流量計(jì)； 第三步，測(cè)試點(diǎn)測(cè)量溫度的修正； 在做好充分的絕熱條件下，對(duì)熱流量計(jì)的兩端同時(shí)設(shè)定ー個(gè)恒定溫度，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括熱流量計(jì)上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度ち，i=l，......n, n為熱流量計(jì)上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目； 對(duì)第二步中所采集的n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度測(cè)量范圍根據(jù)精度需要進(jìn)行上述的多恒定溫度點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行熱流量計(jì)上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度采集，并把熱流量計(jì)上各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度與所設(shè)定的恒定溫度進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)分析，進(jìn)行線性擬合或多元擬合成相關(guān)函數(shù)；第四步，接觸熱阻R的計(jì)算； 把第三步中相關(guān)函數(shù)對(duì)步驟ニ中采集的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度進(jìn)行求解，得到一修正溫度t ，i=l，......n, n為熱流量計(jì)上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目； 進(jìn)而在忽略熱流損失的情況下，可較高精度的計(jì)算得到熱流量計(jì)的接觸熱阻R ； 第五步，熱界面材料厚度L測(cè)量，熱界面材料的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算； 通過(guò)在兩熱流量計(jì)接觸界面位置布置的原位測(cè)量系統(tǒng)的參考點(diǎn)位置變化測(cè)得熱界面材料的厚度L，計(jì)算表觀接觸熱阻Ra為Ra = AXR，其中A為接觸面積，從而當(dāng)量有效導(dǎo)熱系數(shù)k6ff為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)熱界面材料性能，其特征在于熱流量計(jì)為圓柱體或長(zhǎng)方體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)熱界面材料性能，其特征在于在正反雙向測(cè)試時(shí)對(duì)接觸界面溫度IV1 '、!；_/和Ts_2'、Ts_2 "的計(jì)算也可采用最小平方法進(jìn)行線性擬合求解或反問(wèn)題方法求解。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)熱界面材料性能，其特征在于在兩個(gè)熱流量計(jì)的接觸界面位置裝有原位測(cè)量系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)熱界面材料性能的方法，包括以下步驟第一步，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)材料熱流量計(jì)的準(zhǔn)備；第二步，兩熱流量計(jì)接觸界面之間放置熱界面材料，加載壓應(yīng)力，正向?qū)崃髁坑?jì)加熱；第三步，測(cè)試點(diǎn)測(cè)量溫度的修正；第四步，接觸熱阻R的計(jì)算；第五步，熱界面材料厚度L測(cè)量，熱界面材料的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算。本方法采用上下恒溫參數(shù)辨識(shí)修正的對(duì)稱測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量可基本消去由于各溫度傳感器與熱流量計(jì)的接觸熱阻不同或是溫度不完全是線性的等原因引起的溫度測(cè)量的不一致性誤差，進(jìn)而在保證熱流量精度的前提下可極高精度的測(cè)得熱界面材料的性能。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102830134SQ20121027877
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者宣益民, 張平, 李強(qiáng), 徐德好 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)