專利名稱：一種高精度熱界面材料測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種接觸熱阻測試方法，適用于對常用材料的界面接觸熱阻的測試，尤其適用于對熱界面材料的性能測試。
背景技術(shù)：
接觸熱阻是一個受材料物性、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，一般把接觸熱阻測量方法分為瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法。瞬態(tài)法也是一種常用的接觸熱阻實(shí)驗(yàn)測量方法，其主要包括激光光熱測量法、熱成像法、“ flash”閃光法、激光光聲法等，其中激光光熱測量法又包含調(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)法雖宜于快速測量且可測量小到納米數(shù)量級的薄膜，但其測量過程易受各種因素影響，且公式推導(dǎo)相對復(fù)雜，測量精度也較難保證。因此，界面接觸熱阻測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，測量兩樣品軸向上的溫度值，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)接觸熱阻測試方法多是和美國國家標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5470-06的測試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相類似，但多有文獻(xiàn)指出由于溫度測量的不確定性誤差和熱損失誤差很難保證對界面接觸熱阻有足夠高的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度熱界面材料測試方法，通過正反方向的熱流測試消除溫度測量的不確定性誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度的測量熱界面材料的界面接觸熱阻和當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種高精度熱界面材料測試方法，所述方法包括以下步驟第一步，測試設(shè)備的準(zhǔn)備和測試熱流量計(jì)測試點(diǎn)的選取加工出兩標(biāo)準(zhǔn)材料的熱流量計(jì)，將熱流量計(jì)豎直安裝在兩個上下對稱設(shè)置的加熱制冷套之間，在兩加熱制冷套上設(shè)置有應(yīng)力加載裝置，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，用于測試熱流量計(jì)的軸向溫度；熱流量計(jì)上測試點(diǎn)之間的位置滿足如下關(guān)系以兩熱流量計(jì)縱軸方向上的接觸界面截面位置為對稱面，兩熱流量計(jì)上的測試點(diǎn)位置完全對稱，每個熱流量計(jì)從下端面到上端面之間均設(shè)置n個測試點(diǎn)，每個熱流量計(jì)上相鄰兩個測試點(diǎn)之間的軸向距離相等，測試點(diǎn)之間的距離為dx ；第二步,加載壓應(yīng)力，正向?qū)崃髁坑?jì)加熱對兩熱流量計(jì)軸向的其中的一端加熱，另一端冷卻，熱流量計(jì)溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測試溫度；所述的測試溫度包括各熱流量計(jì)上n個測試點(diǎn)的測量溫度T^ji=I,......n，n為每個熱流量計(jì)上測試點(diǎn)數(shù)目并按對稱面對稱，j=l，2分別表示兩不同的熱流量計(jì)；第三步，采集測試點(diǎn)溫度和正向接觸熱阻R'的計(jì)算將兩熱流量計(jì)上每一個測試點(diǎn)上的溫度進(jìn)行采集和存儲，此時熱流量計(jì)上n個測試點(diǎn)的測量溫度為Ti,/ i=l,....... ；根據(jù)每個熱流量計(jì)上n個測試點(diǎn)的位置和測量溫度Ti,/的溫度梯度關(guān)系，通過數(shù)值外推法可得到兩熱流量計(jì)在接觸界面處的外推溫度IV1'和Ts_2'，進(jìn)而接觸界面溫差A(yù)Ts'為
權(quán)利要求
1.一種高精度熱界面材料測試方法，其特征在于如下步驟 第一步，測試設(shè)備的準(zhǔn)備和測試熱流量計(jì)測試點(diǎn)的選取 加工出兩個標(biāo)準(zhǔn)材料的熱流量計(jì)，將熱流量計(jì)豎直安裝在兩個上下對稱設(shè)置的加熱制冷套之間，在兩個加熱制冷套上設(shè)置有應(yīng)力加載裝置，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，用于測試熱流量計(jì)的軸向溫度； 熱流量計(jì)上測試點(diǎn)之間的位置滿足如下關(guān)系以兩個熱流量計(jì)縱軸方向上的接觸界面截面位置為對稱面，兩個熱流量計(jì)上的測試點(diǎn)位置完全對稱，每個熱流量計(jì)從下端面到上端面之間均設(shè)置η個測試點(diǎn)，每個熱流量計(jì)上相鄰兩個測試點(diǎn)之間的軸向距離相等，測試點(diǎn)之間的距離為dx ； 第二步，加載壓應(yīng)力，正向?qū)崃髁坑?jì)加熱 對兩個熱流量計(jì)軸向的其中的一端加熱，另一端冷卻，熱流量計(jì)溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測試溫度；所述的測試溫度包括各熱流量計(jì)上η個測試點(diǎn)的測量溫度TiijI=L......η, η為每個熱流量計(jì)上測試點(diǎn)數(shù)目并按對稱面對稱，j=l，2分別表示兩不同的熱流量計(jì)； 第三步，采集測試點(diǎn)溫度和正向接觸熱阻V的計(jì)算 將兩個熱流量計(jì)上每一個測試點(diǎn)上的溫度進(jìn)行采集和存儲，此時熱流量計(jì)上η個測試點(diǎn)的測量溫度為Ti,/ ,i=l,......η； 根據(jù)每個熱流量計(jì)上η個測試點(diǎn)的位置和測量溫度Ti, /的溫度梯度關(guān)系，通過數(shù)值外推法可得到兩個熱流量計(jì)在接觸界面處的外推溫度Ts_/和Ts_2'，進(jìn)而接觸界面溫差A(yù)V為 ΔΤ: =TS_/ -Ts^此時由已知熱流量Q進(jìn)而得到正向接觸熱阻
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度熱界面材料測試方法，其特征在于為保證溫度梯度的一維性，熱流量計(jì)為圓柱體或長方體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度熱界面材料測試方法，其特征在于在正反雙向測試時對接觸界面溫度
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度熱界面材料測試方法，其特征在于為較高精度的計(jì)算得到熱流量，在測試熱流量計(jì)兩端或任意一端軸向加設(shè)同樣截面尺寸的標(biāo)準(zhǔn)熱流量計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度熱界面材料測試方法，其特征在于所述的溫度傳感器采用熱電偶、熱電阻、PTlOO或PT25。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度熱界面材料測試方法，其特征在于在兩個熱流量計(jì)的接觸界面位置裝有原位測量系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度熱界面材料測試方法，包括以下步驟第一步，測試設(shè)備的準(zhǔn)備和測試熱流量計(jì)測試點(diǎn)的選??；第二步，加載壓應(yīng)力，正向?qū)崃髁坑?jì)加熱；第三步，采集測試點(diǎn)溫度和正向接觸熱阻R′的計(jì)算；第四步，加載壓應(yīng)力，反向加載熱流，采集測試點(diǎn)溫度；第五步，反向接觸熱阻R″的計(jì)算；第六步，熱界面材料的接觸熱阻R的計(jì)算；第七步，熱界面材料厚度L測量，熱界面材料的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算。本方法采用上下雙向熱流的對稱測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量可以基本消除由于測試熱流量計(jì)上布置的多個溫度傳感器與測試熱流量計(jì)的接觸情況各異從而產(chǎn)生的溫度測量的不確定性誤差，進(jìn)而在保證熱流量精度的前提下可極高精度的測得熱界面材料的接觸熱阻和有效當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)。
文檔編號G01N25/20GK102768225SQ20121028002
公開日2012年11月7日 申請日期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, 徐德好, 李強(qiáng) 申請人:南京理工大學(xué)