本发明专利技术提供一种固体材料接触热阻与导热系数联合测量的变厚度方法，通过稳态法测量单一基准厚度材料1的总热阻R1＝2R
【技术实现步骤摘要】
一种固体材料接触热阻与导热系数联合测量的变厚度方法
[0001]本专利技术公开了一种固体材料接触热阻与导热系数联合测量的变厚度方法，涉及材料接触热阻与导热系数测量领域。
技术介绍
[0002]理论上绝对光滑的表面是不存在的，因此两个表面接触时总是存在微观的不完全接触点。由于上述表面接触的不连续性影响，使得接触面的热流会发生收缩，进而产生接触热阻。目前对接触热阻的研究主要有三个方面：理论模型研究、数值模拟研究和实验研究。但由于接触热阻属于多参数耦合的复杂物理问题，涉及热、力几何等多学科交叉，主要影响因素包括材料物性、表面粗糙度、压力载荷以及界面温度等，因此当前传统理论模型以及数值模拟水平并不能达到对接触热阻的准确预测或计算，所以实际工程环境中涉及接触热阻的测量还主要是以实验研究为主。
[0003]接触热阻的实验测量目前主要分为稳态法与瞬态法，瞬态法虽然优势在于测试时间短、反应快，但是瞬态法整体的测量原理都是建立在对物理模型求出的偏微分方程基础上难以保证测量的精度，相反稳态法是目前测量界面热阻最为常用的方法，实验原理就是基于轴向一维导热，利用热流梯度、热流密度以及热阻三者关系求解材料之间的接触热阻。主流传统的稳态法有热流计法和叠片法，前者在测量过程中需要对被测材料进行加工打孔实现温度测量，适用于易加工材料的测量；后者通过叠加多种材料薄片，同时被测材料导热系数已知，多次测量后构建方程组推导出材料对之间的接触热阻。但热流计法测量对材料加工性能有较高要求，适用性不够广，而叠片法测量过程种需要已知被测材料导热系数计算条件比较高。因此面对无法对被测材料加工，且被测材料导热系数未知的情况上述方法就无法得到接触热阻。
[0004]现有技术中如申请号为201810179645.4的专利技术专利公开了一种带有热膨胀修正的接触热阻测量方法。该方法采用稳态法进行测量，待温度稳定后采集被测材料上的测温点，是测量前提需要对被测材料进行二次加工，内部开孔破坏了原本温度场的分布，同时还需要对被测材料的导热系数已知，测量要求较高。
[0005]申请号为201811522277.5的专利技术专利公开了一种快速测量接触热阻实验装置，主要是基于冷源TEC实现对下端试件制冷，同时热源加热盘对上试件加热。同时时间侧壁开有凹槽，对应放置温度传感器用于拟合获得温度曲线。实验过程需要对被测材料二次加工开孔，无法保证被测材料的完整性。
[0006]申请号为202110616270.5的专利技术专利公开了一种测量界面热阻的方法与装置，目的在于优化稳态法测量接触热阻过程中的常见问题，避免测量时候对材料内部的开孔，不影响材料本身性能。但是测量过程中需要已知材料导热系数，同时一次测量所需样件较多。
[0007]本专利技术提出一种固体材料接触热阻与导热系数联合测量的变厚度方法解决上述问题，在测量过程中本方法通过变化同种材料不同厚度进行五步稳态实验，在保证被测材料完整性的同时，实现对未知导热系数材料对进行接触热阻与导热系数联合测量。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于解决传统稳态法测量种存在的问题，提供一种保证被测材料完整性的同时，可以实现未知导热系数材料对进行接触热阻与导热系数测量。本专利技术通过五步稳态法测量得到不同条件下的总热阻值，利用这五步测量热阻值构建方程组求得被测材料对间的接触热阻与材料自身的导热系数。
[0009]在说明方法细则前先明确一个热阻求解问题，对于固
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固界面接触热阻测量，假定材料1和材料2的导热系数未知，采用稳态法测量可以得到上下热流探头间的总热阻R，该总热阻由5项未知热阻构成，即：材料1与上端热流探头之间的界面接触热阻R
c1
；材料1自身的材料热阻R
m1
；材料1与材料2之间的界面接触热阻R
c12
；材料2自身的材料热m阻R
m2
；材料2与下端热流探头之间的界面接触热阻R
c2
。由于方程不封闭，无法求解被测材料对接触热阻R
c12
，因此固体材料接触热阻与导热系数联合测量方法，在进行下述步骤前需要明确方法的前置条件，每次实验步骤过程中应当保持相同的压力载荷、温度水平、真空度等外界环境条件，且同一材料不同样件端面加工情况相同时，认为同一材料的导热系数以及材料接触热阻不变。
[0010]所述方法包括以下五个步骤：
[0011]步骤1：准备基准厚度的材料1，通过稳态法测量单一基准厚度材料1的总热阻R1＝2R
c1
+R
m1
；
[0012]步骤2：准备基准厚度的材料2，通过稳态法测量单一基准厚度材料2的总热阻R2＝2R
c2
+R
m2
；
[0013]步骤3：将基准厚度的材料1和基准厚度的材料2构成接触对，测量得到总热阻R3＝R
c1
+R
c2
+R
c12
+R
m1
+R
m2
；
[0014]步骤4：准备相同材质的材料1，同时改变厚度为原来的n倍，即材料热阻变为n倍，与基准厚度的材料2构成接触对，测量得到总热阻R4＝R
c1
+R
c2
+R
c12
+nR
m1
+R
m2
；
[0015]步骤5：准备相同材质的材料2，同时改变厚度为原来的m倍，即材料热阻变为m倍，与基准厚度的材料1构成接触对，测量得到总热阻R5＝R
c1
+R
c2
+R
c12
+R
m1
+mR
m2
；
[0016]联立求解以上5个方程可以获得5个未知数。其中两个材料间接触热阻以及材料自身的热阻可以解析为：
[0017][0018]再根据稳态条件下各向同性材料导热热阻与材料厚度和导热系数的关系，可以计算得到对应材料的导热系数：
[0019][0020]其中，
[0021]λ1：材料1的导热系数；
[0022]λ2：材料2的导热系数；
[0023]h1：材料1的厚度；
[0024]h2：材料2的厚度；
[0025]R
m1
：材料1的自身材料热阻；
[0026]R
m2
：材料2的自身材料热阻。
[0027]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0028](1)对材料适用性更广泛，既可以对已知导热系数材料测量界面接触热阻，也可以对未知导热系数材料进行接触热阻和导热系数的联合测量。
[0029](2)整个实验过程未对被测材料造成破坏，保证被测材料温度场的完整性。
[0030](3)对接触热阻的求解基于实验数据推导得出，计算精度较高，在不同导热区间的材料都能有较准确的测量效果。
附图说明
[0031]图1为实施例的测量装置示意图；
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种固体材料接触热阻与导热系数联合测量的变厚度方法，适用于材料接触热阻与导热系数测量，假定材料1和材料2的导热系数未知，采用稳态法测量得到上下热流探头间的总热阻R，该总热阻由5项未知热阻构成，即：材料1与上端热流探头之间的界面接触热阻R
c1
；材料1自身的材料热阻R
m1
；材料1与材料2之间的界面接触热阻R
c12
；材料2自身的材料热m阻R
m2
；材料2与下端热流探头之间的界面接触热阻R
c2
；由于方程不封闭，无法求解被测材料对接触热阻R
c12
，因此固体材料接触热阻与导热系数联合测量方法，在进行下述步骤前需要明确方法的前置条件，每次实验步骤过程中应当保持相同的外界环境条件，且同一材料不同样件端面加工情况相同时，认为同一材料的导热系数以及材料接触热阻不变；其特征在于，所述方法包括以下五个步骤：步骤1：准备基准厚度的材料1，通过稳态法测量单一基准厚度材料1的总热阻R1＝2R
c1
+R
m1
；步骤2：准备基准厚度的材料2，通过稳态法测量单一基准厚度材料2的总热阻R2＝2R
c2
+R
m2
；步骤3：将基准厚度的材料1和基准厚度的材料2构成接触对，测量得到总热阻R3＝R
c1
+R
c2
+R
c12
...
【专利技术属性】
技术研发人员：董士奎，李斌，白石红，孙一强，贺志宏，帅永，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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