接触热阻与接触导热填料
接触热阻
接触热阻
定义
复合系统中，在不同材料的交界面上，普遍认为接触面两侧保持同一温度，即假定两层壁面之间保持了良好的接触。
然而，实际上，两个表面上的温度是不相同的，也就是说存在着温度降。
这个温度降是因为存在着接触热阻的结果。
对于单位面积的交界面，接触热阻可以定义如下：
文字表述为：接触热阻等于两个交界表面温度之差除以热流密度。
接触热阻单位是：
产生原因
交界面上接触热阻的存在主要是由于表面粗糙度的影响。
接触部位之间普遍存在着空隙，在多数工程实践中，间隙中充满着空气。
因此传热是借通过接触间隙的传导和/或者辐射、对流实现的。
接触热阻可以看作是两个并联的热阻：1，来自于接触面积部位产生；2，由间隙产生。
接触面积通常很小，特别是粗糙的表面，其主要作用的是间隙所产生的热阻。
接触热阻与接触导热填料 1999
接触热阻与接触导热填料任红艳胡金刚(北京空间飞行器总体设计部北京100086)文摘在调研国内外接触热阻研究的基础上,介绍了关于接触热阻及接触导热填料的研究发展情况。
对导热脂及油、金属、导热垫、RTV、镀层等导热填料的性能、应用情况作了简介,提供工程应用参考。
关键词接触热阻,接触热导率,填料Thermal Contact Resistance and Thermal Conductive FillerRen Hongyan Hu Jingang(Beijing Insti tute o f Spacecraft System Engineering Beijing100086)Abstract O n the basis investigation of thermal contact resistance developed in the w orld,the development on ther2 mal contact resistance and thermal conductive filler is briefly introduced.The properties and applications of some thermal conductive filler materials such as thermal conductive grease and oil,metal,gasket,RT V,coating etc.are presented here to provide reference to engineering use.Key words Thermal contact resistance,Thermal contac t conductive,Filler1引言航天器在其飞行过程中要经历极为恶劣的热环境,其温度可从摄氏零下200多度变至数千度以上。
因此,为保证航天器能正常工作,就需要对航天器内外各组件、仪器设备之间的导热过程进行控制,导热过程的控制是以分析和控制导热途径上的热阻为出发点,而影响实际导热过程的一个重要因素就是构件之间的接触热阻。
接触热阻定义
接触热阻定义什么是接触热阻？接触热阻本身是一个相对比较简单的理论，但是对于物理学和热力学来说，它却是一个极为重要的概念。
接触热阻是指两种物体表面接触时表面之间的热阻力，与传播热量有关。
热阻是热传导性的一个参数，而接触热阻则是在两个表面之间存在的热阻力。
当两个物体的温度不同，它们之间的热流动就会发生。
如果这两个物体表面完全是接触的，那么它们之间的热量流动速度可能就会受到一些约束。
这种约束称作接触热阻，包括气体-气体、气体-液体、气体-固体、液体-液体、液体-固体以及固体-固体等等多种不同的热阻类型。
我们可以用一个简单的例子来说明接触热阻的概念：如果在做饭的时候，我们使用一把凉铁勺去搅动热汤，那么由于热汤和铁勺之间的接触热阻，铁勺会比汤稍微冷一些。
同样的，如果我们使用一个热的勺子去搅匀一杯冷饮，那么这个勺子也会变得稍微凉一些。
这种热量的传播，它就是取决于两个表面的接触热阻的。
如何计算接触热阻？计算接触热阻的方法取决于热传递的方式。
根据不同的热传递方式，计算接触热阻的基本公式也不同。
在气体-气体之间的热传递中，接触热阻的计算方法主要使用代表气体流动的能量公式。
在液体-气体和液体-液体之间的热传递中，接触热阻的计算方法则会使用液流动的能量公式。
在这些情况下，计算接触热阻需要对不同物质的能量方程进行求解。
而在不同的热传递中，接触热阻的计算方式也不一样。
在气体-固体热传递中，接触热阻的计算方式主要使用冷却效果进行求解。
在液体-固体热传递中，接触热阻的计算方法则需要用到液流动的基本方程。
最后，对于固体-固体之间的热传递，可以通过经验公式进行计算。
这个经验公式是将接触热阻与材料的热导率、表面的平整程度和压力等参数联系在一起进行计算的。
综合考虑接触面的粗糙度、表面磨损和材料导热性能等影响，可以得到更加准确的结果。
优化接触热阻的方法接触热阻是影响热传递效率的一个重要因素。
在很多工业过程中，我们需要用到高效的热传递技术。
导热填料 硅铝酸盐
导热填料硅铝酸盐1. 简介导热填料是一种用于提高热传导性能的材料，广泛应用于热传导领域，如电子器件散热、汽车发动机散热等。
硅铝酸盐是一种常见的导热填料材料，具有优异的导热性能和化学稳定性。
2. 硅铝酸盐的组成和结构硅铝酸盐主要由硅氧键和铝氧键组成，其基本结构为硅氧四面体和铝氧六面体的交替排列。
硅氧四面体由一个硅原子和四个氧原子组成，铝氧六面体由一个铝原子和六个氧原子组成。
硅氧四面体和铝氧六面体通过共享氧原子连接在一起，形成硅铝酸盐的结构。
3. 硅铝酸盐的导热机制硅铝酸盐具有优异的导热性能，其导热机制主要包括晶格导热和界面导热。
3.1 晶格导热硅铝酸盐的晶格结构中存在着大量的硅氧键和铝氧键，这些键的振动可以传递热能。
硅氧键和铝氧键的振动频率和振幅决定了晶格导热的效率。
硅铝酸盐晶体的晶格热导率与其晶体结构、晶粒尺寸以及晶格缺陷有关。
3.2 界面导热硅铝酸盐与其他材料的界面也是热能传递的重要途径。
硅铝酸盐的导热性能受到界面热阻的影响，界面热阻包括接触热阻和界面扩散热阻。
通过改善硅铝酸盐与其他材料的界面接触和界面扩散能力，可以提高导热填料的导热性能。
4. 硅铝酸盐的应用硅铝酸盐作为导热填料，具有广泛的应用领域。
4.1 电子器件散热在电子器件中，由于高功率集成电路的使用，散热问题日益突出。
硅铝酸盐作为导热填料可以填充在电子器件的散热部分，提高散热效果，保证电子器件的正常运行。
4.2 汽车发动机散热汽车发动机在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，会导致发动机过热甚至损坏。
硅铝酸盐作为导热填料可以填充在汽车发动机的散热部分，提高散热效率，保证发动机的正常运行。
4.3 光电子器件散热光电子器件在工作过程中也会产生大量的热量，如果不能及时散热，会影响器件的性能。
硅铝酸盐作为导热填料可以填充在光电子器件的散热部分，提高散热效果，保证器件的正常工作。
5. 硅铝酸盐的改性和优化为了进一步提高硅铝酸盐的导热性能，可以对其进行改性和优化。
真空低温下螺钉压紧的Cu-Cu界面间接触热阻的实验研究
真空低温下螺钉压紧的Cu-Cu界面间接触热阻的实验研究徐圣亚;洪国同【摘要】为满足航天器热控设计的需要,实验测量了真空条件下接触面温度110 K 时螺钉压接的Cu-Cu界面间的接触热阻,比较了不同的螺钉预紧力矩以及不同的导热填料对接触热阻的影响.实验数据表明,界面接触热阻随着螺钉预紧力矩增大成一阶指数衰减,导热填料为铟箔时界面热阻显著的减小,接触热阻最低可以达到2.0×10-5 K·m2/W.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2010(016)003【总页数】4页(P153-156)【关键词】接触热阻;螺钉连接;导热填料;一阶指数衰减【作者】徐圣亚;洪国同【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京,100190;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院理化技术研究所,北京,100190【正文语种】中文【中图分类】O5141 引言航天器在其飞行过程中要经历极为恶劣多变的热环境，其中的探测仪器又往往只能工作在特定的低温温度下。
在对探测仪器温度控制过程中，导热过程的控制相当重要,影响实际导热过程的一个重要因素就是构件之间的接触热阻。
由于理论预测上的困难，减少和控制接触热阻则有必要进行一定的实验研究[1，2]。
国内外对两固体表面直接通过外力压接在一起时的接触热阻研究的较多。
然而实际应用中，两固体表面多采用螺钉或螺栓连接，这方面的接触热阻的数据较为缺乏[3]。
因此，对螺钉连接时接触热阻的研究很有必要。
在2个相互接触的表面间使用合适的填料可有效地改变它们的接触热导率，合适的填料填充了因表面粗糙而造成的微观上的空隙[4]。
因此，在固体接触界面间填充合适的导热填料能够很好的减小接触热阻，本次实验研究了2种常用的导热填料，即真空硅脂、铟箔。
2 实验测量原理与装置2.1 实验测量原理接触热阻的产生是由于接触界面的不完全接触而引起热流收缩所造成的。
可以按界面处温差的大小而定义接触热阻R。
导热填料的种类及优缺点
导热填料的种类及优缺点
导热填料是添加在基体材料中用来增加材料导热系数的填料。
常见的导热填料包括：
1. 金属粉体：如铜粉、铝粉、钨粉等。
优点是导热性能好，缺点是易氧化、易燃、难以控制粒径。
2. 氧化物：如氧化铝、氧化镁、氧化锌等。
优点是稳定性好，缺点是导热性能相对较差。
3. 碳化物：如碳化硅、碳化钨等。
优点是导热性能好，强度高，缺点是成本高。
4. 氮化物：如氮化铝、氮化硼等。
优点是导热性能好，高温稳定性好，缺点是成本高。
5. 碳纳米管：石墨烯等。
优点是导热性能极好，表面积大，但成本高。
6. 石墨相变材料：具有特殊的相适应相变温度，可以在不同温度下改变其导热性能。
优点是导热性能稳定，但成本高。
7. 纳米改性材料：如纳米氧化铝、纳米氧化镁等。
优点是导热性能好，表面积大，但成本高。
不同种类的导热填料具有不同的优缺点，选择时需要根据实际需求进行综合考虑。
接触界面热阻
接触界面热阻是指在两个固体接触的界面上，由于表面粗糙度、几何形状、物质特性等因素的影响，热量传递过程中产生的阻力。
这种阻力是由于固体表面之间的空气间隙、表面不平整等原因造成的。
当两个固体接触时，它们之间会形成一定的接触面积，但这个接触面积只是总面积的一部分，其余部分则是间隙。
由于空气的热导率很低，这些间隙成为热阻的主要来源。
在实际应用中，例如在电子器件、散热器、热管等领域，需要减小接触界面热阻，以提高热传递效率。
为了减小接触界面热阻，可以采用表面处理、涂层、填充物等方法来增加接触面积和改善表面粗糙度，从而减小空气间隙的影响。
同时，也可以选择导热性能更好的材料来减小热阻。
总之，接触界面热阻是一种常见的现象，对热传递过程产生重要影响。
了解接触界面热阻的原理和影响因素，有助于采取有效措施减小热阻，提高热传递效率。
接触热阻 导热系数
"接触热阻" 和"导热系数" 都是与热传导相关的概念，它们在热学和工程领域中具有重要意义。
1. **接触热阻**（Thermal Contact Resistance）：接触热阻是指在两个材料或物体的接触界面上，由于不完美的接触而导致的热阻。
当两个物体接触时，其表面之间通常存在微小的间隙或不均匀性，这会导致热量传导的障碍。
接触热阻通常以温度差、接触面积和材料性质等因素来描述，它的值通常以温度差除以接触界面上的热流率来表示。
2. **导热系数**（Thermal Conductivity）：导热系数是一个材料的热传导性能的度量。
它表示了材料在单位时间内从高温区传导热量到低温区的能力。
导热系数通常以热流密度、材料厚度和温度差来计算。
不同材料具有不同的导热系数，例如，金属通常具有高导热系数，而绝缘材料具有较低的导热系数。
真空低温环境导热填料界面接触热阻实验研究
真空低温环境导热填料界面接触热阻实验研究牟健;洪国同【摘要】真空低温环境下,接触热阻对热传递有十分重要的影响.根据接触热阻产生机理和实验测试原理,建了一套真空低温环境下固体界面接触热阻测试的实验装置.实验对比研究了不同温度和不同预紧力条件下,固体界面裸接与在界面之间添加真空硅脂、铟膜、石墨烯、石墨片导热填料时的接触热阻.实验结果表明,接触界面的接触热阻都随温度升高和预紧力增大而减小.在接触界面添加真空硅脂或铟膜后接触热阻随预紧力变化非常,裸接或添加石墨烯的接触热阻随预紧力变化较大,但是当预紧力大于2.5N·m时其接触热阻基本不变.温度越低时添加导热填料减小接触热阻的效果越明显.总之在两界面之间添加铟膜时效果最佳,此时接触热阻随预紧力和温度的变化都较小,此种情况下接触热阻最小可以达到3.5×10-6K·m2/W.%The thermal contact resistance has a big effect on the heat transfer at low temperature in vacuum.Accord-ing to the mechanism of production and principle of experimental test of thermal contact resistance,the test system is built which could test the thermal contact resistance at low temperature in vacuum. Study the thermal contact resistance be-tween two contact surfaces with different fillers such as indium foils,vacuum grease,graphene and graphite flake at differ-ent temperature and pretightening force.The result indicates that thermal contact resistance decrease with the increase of temperature and pretightening force.The thermal contact resistance almost not change with the bolt pretension when add-ing indium foils or vacuum grease,however the thermal contact resistance changes greatly with the bolt pretension when adding graphene or nothing.But thethermal contact resistance almost not change when the bolt pretension is bigger th an 2.5 N·m.Adding thermal conductance fillers could decrease the thermal contact resistance effectively,especially at low temperature.The indium foils show the best performance to decrease the thermal contact resistance and minimum thermal contact resistan ce is 3.5×10-6K·m2/W.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2018(024)001【总页数】7页(P19-25)【关键词】接触热阻;真空低温;预紧力;导热填料【作者】牟健;洪国同【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TB660 引言随着科学技术的发展，界面接触热阻的控制日益重要，尤其是真空低温环境下的界面接触热阻对系统的影响更为严重。
焊料接触热阻-概述说明以及解释
焊料接触热阻-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括对焊料接触热阻的基本概念和作用进行简要介绍。
焊料接触热阻是指在焊接过程中，焊料与焊接材料或其他接触物之间存在的热阻。
焊料接触热阻的大小直接影响着焊接过程中的热传导效率和焊接接头的质量。
焊料是一种用于连接金属件或其他材料的材料。
它通过熔化并与被连接材料接触，形成一层液态或固态的连接层，将被连接材料牢固地连接在一起。
焊料的种类繁多，包括焊丝、焊条、焊剂等，可以根据被连接材料的不同选择不同类型的焊料。
焊料接触热阻在焊接过程中起到了重要的作用。
首先，焊料接触热阻能够影响焊接过程中的热传导效率。
热传导是焊接过程中热能传递的重要方式，它直接影响着焊缝的形成和焊接接头的质量。
如果焊料接触热阻过高，热能传递效率会降低，导致焊缝不充分或产生焊接缺陷。
其次，焊料接触热阻还会影响焊接接头的温度分布。
如果焊料接触热阻不均匀，热量分布也会不均匀，导致焊接接头出现温度应力、变形甚至断裂等问题。
因此，了解和研究焊料接触热阻的意义重大。
通过控制焊料接触热阻，可以提高焊接过程中的热传导效率，改善焊接接头的质量，进而提高焊接接头的强度和可靠性。
同时，深入研究焊料接触热阻的影响因素，可以为焊接工艺的优化和提升提供理论指导和技术支持。
综上所述，焊料接触热阻作为一项重要的焊接参数，对焊接过程和焊接接头的质量有着直接的影响。
因此，理解和掌握焊料接触热阻的相关知识是进行高质量焊接的关键之一。
在接下来的文章中，我们将详细介绍焊料接触热阻的影响因素和研究方向，以期为焊接技术的发展和应用提供有益的指导。
1.2文章结构文章结构部分的内容：文章结构部分旨在介绍本文的组织方式和章节安排，以帮助读者更好地理解文章的内容和逻辑结构。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将首先概述焊料接触热阻的背景和意义，介绍本文的目的和重要性。
接下来是正文部分，将重点介绍焊料的基本概念和作用，以及焊料接触热阻的意义和影响因素。
界面接触热阻 导热介质
界面接触热阻导热介质
导热介质是一种能够有效传导热量的物质，它在许多工业和科学应用中都扮演着重要的角色。
在许多情况下，导热介质需要通过界面与其他物体接触，而这种接触往往会产生热阻，影响热量的传导效率。
界面接触热阻是指两个不同材料之间的接触面产生的热阻。
这种热阻会影响热量在两种材料之间的传导效率，导致热量传导的减缓和能量损失。
为了克服界面接触热阻带来的问题，科学家和工程师们进行了大量的研究和实验，以寻找更好的导热介质和改善界面接触热阻的方法。
一种常见的解决方法是使用导热界面材料，这种材料能够填充不同材料之间的微小间隙，减少界面接触热阻的影响。
导热界面材料通常具有良好的导热性能和较低的热阻，能够有效地提高热量的传导效率。
除了选择合适的导热介质和使用导热界面材料外，还可以通过优化界面的形状和表面处理来减少界面接触热阻。
例如，通过精密加工和表面涂层处理，可以改善界面的平整度和接触质量，从而减
少热阻的产生。
总之，界面接触热阻对导热介质的传导效率有着重要的影响，但通过选择合适的导热介质、使用导热界面材料和优化界面处理等方法，可以有效地克服这一问题，提高热量的传导效率，推动科学技术的发展。
集成电路封装材料-热界面材料
5.2.2 导热垫片
导热垫片需具备如下性能： （1）良好的弹性，能适应压力变化，不因压力或紧固力造成损伤。 （2）柔韧性好，与两个接触面均能很好地贴合。 （3）不污染工艺介质。 （4）在低温时不硬化，收缩量小。 （5）加工性能好，安装、压紧方便。 （6）不黏接密封面，拆卸容易。 （7）价格便宜，使用寿命长。
5.2 TIM类别和材料特性
图5-3 热界面材料分类
5.2 TIM类别和材料特性
分类
导热膏 导热垫片 相变材料 导热凝胶 导热胶带
表5-1 典型热界面材料及其特性
热导率/［W/ （m·K）］
界面热阻 键合厚度/μm （10－2 K·cm2/W） 可重复性 可替代性
0.4～4
20～150
10～200
5.1 TIM在先进封装中的应用
TIM2，常用材料包括石墨片、金刚石等碳基高导热性材料，石墨片、 金刚石热导率达1000~2000 W/(m·K) 。
有报道称单层石墨烯横向热导率可达5000 W/(m·K) ，当其附着于基板 时，会降低到600 W/(m·K)，大大限制散热效果。要研究碳基材与基板 间的传热机理，提高横向TIM的整体热导率。
5.1 TIM在先进封装中的应用
TIM1，主流产品一般是高导热性能粉体填充于含硅或非硅聚合物液体 或相变聚合物，形成浆状、泥状、膏状或薄膜状复合材料，如导热膏、 导热胶、相变材料。
报道材料，低于10 W/(m·K)，界面热阻大于0.05 K·cm2/W，商业化一 般低于6W/(m·K)，热阻大于0.1 K·cm2/W，不能满足高功率密度电子元 器件散热需求。
5.2.1 导热膏
图5-4 辅助中央处理器散热的导热膏 除导热外，还起到防潮、防尘、减震等作用。
导热填料研究现状及进展-各种填料分析介绍
导热填料研究现状及进展导热填料的技术研究现状导热绝缘材料的研究进展(1)无机非金属导热绝缘材料通常金属(如Au、Ag、Cu、Al、Mg等)均具有较高的导热性,但均为导体,无法用作绝缘材料,而部分无机非金属材料,如金属氧化物Al2O3、MgO、ZnO、NiO,金属氮化物AlN、Si3N4、BN,以及SiC陶瓷等既具有高导热性,同时也具有优良的绝缘性能、力学性能、耐高温性能、耐化学腐蚀性能等,因此被广泛用作电机、电器、微电子领域中的高散热界面材料及封装材料等。
陶瓷封装具有耐热性好、不易产生裂纹、热冲击后不产生损伤、机械强度高、热膨胀系数小、电绝缘性能高、热导率高、高频特性、化学稳定性高、气密性好等优点,适用于航空航天、军事工程所要求的高可靠、高频、耐高温、气密性强的产品封装。
由于陶瓷材料所具有的良好的综合性能,使其广泛用于混合集成电路和多芯片模组。
在要求高密封的场合,可选用陶瓷封装。
国外的陶瓷封装材料以日本居首,日本占据了美国陶瓷封装市场的90%~95%,并且占美国国防(军品)陶瓷封装市场的95%~98%。
传统的陶瓷封装材料是Al2O3陶瓷,具有良好的绝缘性、化学稳定性和力学性能,掺杂某些物质可满足特殊封装的要求,且价格低廉,是目前主要的陶瓷封装材料。
SiC的热导率很高,是Al2O3的十几倍,热膨胀系数也低于Al2O3和AlN,但是SiC的介电常数过高,所以仅适用于密度较低的封装。
AlN陶瓷是被国内外专家最为看好的封装材料,具有与SiC相接近的高热导率,热膨胀系数低于Al2O3,断裂强度大于Al2O3,维氏硬度是Al2O3的一半,与Al2O3相比,AlN的低密度可使重量降低20%,因此,AlN封装材料引起国内外封装界越来越广泛的重视。
(2)聚合物基导热绝缘材料由于聚合物材料具有优良的电气绝缘性能、耐腐蚀性能、力学性能、易加工性能等,人们逐步用聚合物材料代替传统的电气绝缘材料,但大多数聚合物材料的热导率很低,无法直接用作导热材料,需要通过加入导热性物质,使其成为导热绝缘材料。
导热填料工作原理
导热填料工作原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊导热填料工作原理呀！
哎呀呀，你们知道吗？导热填料在好多领域那可都是起着关键作用呢！
首先呢，咱们得搞清楚啥是导热填料。
简单说呀，它就是能帮助热量快速传递的小能手！
那它到底是咋工作的呢？哇，这可有意思啦！
第一种情况呀，它是通过增加接触面积来导热的。
你想想，就像我们人要传递东西，手接触的面积越大，传递是不是就越顺畅？导热填料也是这个道理呀！它填充在材料的缝隙里，让热传递的接触面积大大增加，热量就能更轻松地“跑”来“跑”去啦！
还有呢，导热填料自身的导热性能也超强的呀！有些导热填料，比如说金属粉末，它们本身导热就很棒。
热量一碰到它们，就像坐了快车一样，迅速地传递出去。
这是不是很神奇呀？
再说说它的填充密度吧！填充得越密实，导热效果就越好哇！就好比盖房子，砖头堆得紧密，房子就更坚固。
导热填料也是这个道理呢，填充得紧密，热量传递的通道就更多更顺畅啦！
另外呀，不同形状的导热填料也有不同的效果呢！有的是片状的，有的是球状的，还有纤维状的。
片状的能像铺地板一样，形成连续的导热层；球状的可以均匀分布，填补空隙；纤维状的则像桥梁一样，连接各个部分。
这可真是各显神通呀！
哎呀呀，说了这么多，大家是不是对导热填料的工作原理有了更
清楚的认识啦？总之，导热填料在提高材料导热性能方面，那可是功不可没呀！怎么样，朋友们，这下清楚了吧？。
热界面材料热导率和接触热阻的测试
热界面材料热导率和接触热阻的测试袁超;段斌;李岚;罗小兵【摘要】热界面材料通常用于降低电子器件中固体界面的热阻.热界面材料的性质,如热导率、界面材料与固体表面间的接触热阻,对于电子器件的散热分析非常重要.然而,这些参数通常难以获得.依据ASTM D-5470测试标准,搭建了一个热界面测试系统.通过该系统测试了硅油和导热硅脂的热导率,以及它们与固体基板间的接触热阻.经分析,测试热导率和接触热阻的相对误差分别小于11.3%和41.3%.%Thermal interface materials (TIMs) are generally used to reduce the thermal resistance between contacting surfaces in electronic devices. The thermal properties of these materials, such as thermal conductivity (kTIM) and contact resistance (Rc) at the TIM-solid interface, are critical to the heat dissipation analysis. However, it is much difficult to obtain these data. In this paper, an experimental apparatus for TIMs thermal properties measurements is built based on ASTM test standard D-5470. Using this apparatus,kTIMand Rc of the silicone oil and thermal greases are measured, respectively. According to the error analysis, the relative errors in the measurement ofkTIMand Rc are less than 11.3% and 41.3%, respectively.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2015(066)0Z1【总页数】5页(P349-353)【关键词】测量;界面;热传导;热导率;接触热阻【作者】袁超;段斌;李岚;罗小兵【作者单位】华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TK121电子器件的散热系统中存在许多固体接触界面，进而产生接触热阻。
接触热阻
接触热阻
定义
复合系统中，在不同材料的交界面上，普遍认为接触面两侧保持同一温度，即假定两层壁面之间保持了良好的接触。
然而，实际上，两个表面上的温度是不相同的，也就是说存在着温度降。
这个温度降是因为存在着接触热阻的结果。
对于单位面积的交界面，接触热阻可以定义如下：
文字表述为：接触热阻等于两个交界表面温度之差除以热流密度。
接触热阻单位是：
产生原因
交界面上接触热阻的存在主要是由于表面粗糙度的影响。
接触部位之间普遍存在着空隙，在多数工程实践中，间隙中充满着空气。
因此传热是借通过接触间隙的传导和/或者辐射、对流实现的。
接触热阻可以看作是两个并联的热阻：1，来自于接触面积部位产生；2，由间隙产生。
接触面积通常很小，特别是粗糙的表面，其主要作用的是间隙所产生的热阻。
降低接触热阻的方法
降低接触热阻的方法主要有以下几种：
1. 增大接触面积：接触面积越大，热阻越小。
可以通过增加接触面的数量或增加接触面的长度来实现。
2. 减小接触表面的粗糙度：接触表面越粗糙，热阻越大。
可以通过研磨、抛光等手段来减小接触表面的粗糙度。
3. 增加接触压力：接触压力越大，热阻越小。
可以通过增加负载或使用弹性材料来增加接触压力。
4. 使用导热材料：在接触表面之间使用导热材料，如导热硅脂、导热垫等，可以增加热传导效率，减小热阻。
5. 优化材料选择：选择导热性能更好的材料制作接触表面，如铜、铝等，可以增加热传导效率，减小热阻。
6. 控制环境温度：在某些情况下，可以通过控制环境温度来减小热阻。
例如，在散热器上安装风扇或散热鳍片，以提高散热效率。
这些方法可以单独使用，也可以结合使用以达到更好的散热效果。
同时，需要考虑到实际应用中的限制和条件，如成本、工艺等。
接触热阻与接触导热填料
接触热阻与接触导热填料任红艳 胡金刚( 北京空间飞行器总体设计部 北京 100086 )文 摘 在调研国内外接触热阻研究的基础上,介绍了关于接触热阻及接触导热填料的研究发展情况。
对导热脂及油、金属、导热垫、RT V、镀层等导热填料的性能、应用情况作了简介,提供工程应用参考。
关键词 接触热阻,接触热导率,填料Thermal C ontact Resistance and Thermal C onductive FillerRen H ongyan Hu Jingang( Beijing Institute of S pacecraft System Engineering Beijing 100086 )Abstract On the basis investigation of thermal contact resistance developed in the w orld,the development on ther2 mal contact resistance and thermal conductive filler is briefly introduced.The properties and applications of s ome thermal conductive filler materials such as thermal conductive grease and oil,metal,gasket,RT V,coating etc.are presented here to provide reference to engineering use.K ey w ords Thermal contact resistance,Thermal contact conductive,Filler1 引言航天器在其飞行过程中要经历极为恶劣的热环境,其温度可从摄氏零下200多度变至数千度以上。
接触热阻作用
接触热阻作用一、啥是接触热阻呀。
你想想啊，当两个固体表面相互接触的时候，它们之间可不是完全紧密贴合的哦。
就算看起来挨得挺近，实际上在微观层面，那表面可是粗糙不平的，就像咱用放大镜看那些看起来很光滑的东西，其实都是坑坑洼洼的。
这就导致两个表面之间只有部分点是真正接触的，其他地方就存在着一些小空隙。
而热量要从一个固体传到另一个固体的时候，这些空隙就会对热量的传递产生阻碍，这个阻碍作用就是接触热阻啦。
打个比方，就好像你要从一个房间走到另一个房间，中间有一些障碍物挡着，你得绕着走或者费力地跨过它们，这就耽误了时间，热量传递的时候遇到这些空隙也是类似的道理。
二、接触热阻有啥影响呢。
这影响可不小哦。
在很多工程领域，比如说电子设备里，芯片工作的时候会产生热量，这些热量得及时散出去，不然芯片温度太高就容易出问题。
如果芯片和散热片之间存在比较大的接触热阻，那热量就不能很好地从芯片传到散热片上，就像你想把东西递给别人，但是中间有人挡着，递不过去一样。
这样芯片的温度就会一直升高，可能会导致芯片性能下降，甚至直接损坏。
再比如说在建筑保温方面，如果建筑材料之间的接触热阻比较大，那热量就不容易在室内留存，冬天的时候屋里的暖气就容易跑出去，得花更多的钱来取暖呢。
三、影响接触热阻的因素有哪些。
这里面的因素还挺多的。
首先就是表面粗糙度啦，刚才咱也说了，表面越粗糙，那些空隙就越大越多，接触热阻也就越大。
就好比走在崎岖的山路上比走在平坦的大路上要费劲得多。
还有接触压力也很重要哦，压力越大，两个表面就会被压得更紧，接触点就会增多，那些空隙就会变小，接触热阻也就会减小。
想象一下，你用力把两块东西压在一起，它们之间的缝隙是不是就变小啦。
另外，接触材料的性质也会有影响，不同材料的导热性能不一样，比如说金属的导热性能一般就比塑料好，所以金属之间的接触热阻可能就会相对小一些。
四、怎么减小接触热阻呢。
这有好多办法呢。
一个常见的方法就是在两个接触表面之间涂一些导热介质，比如说导热膏。
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接触热阻与接触导热填料任红艳 胡金刚( 北京空间飞行器总体设计部 北京 100086 )文 摘 在调研国内外接触热阻研究的基础上,介绍了关于接触热阻及接触导热填料的研究发展情况。
对导热脂及油、金属、导热垫、RT V、镀层等导热填料的性能、应用情况作了简介,提供工程应用参考。
关键词 接触热阻,接触热导率,填料Thermal C ontact Resistance and Thermal C onductive FillerRen H ongyan Hu Jingang( Beijing Institute of S pacecraft System Engineering Beijing 100086 )Abstract On the basis investigation of thermal contact resistance developed in the w orld,the development on ther2 mal contact resistance and thermal conductive filler is briefly introduced.The properties and applications of s ome thermal conductive filler materials such as thermal conductive grease and oil,metal,gasket,RT V,coating etc.are presented here to provide reference to engineering use.K ey w ords Thermal contact resistance,Thermal contact conductive,Filler1 引言航天器在其飞行过程中要经历极为恶劣的热环境,其温度可从摄氏零下200多度变至数千度以上。
因此,为保证航天器能正常工作,就需要对航天器内外各组件、仪器设备之间的导热过程进行控制,导热过程的控制是以分析和控制导热途径上的热阻为出发点,而影响实际导热过程的一个重要因素就是构件之间的接触热阻。
接触热阻是由于两接触面凹凸不平使得接触不完全而产生的热阻。
接触热阻的大小与接触表面的材料、连接方式、表面状况及接触压力大小等多种因素有关。
因此,接触热阻就很容易成为卫星热分析中的不确定因素,这种不确定性在极端情况下,甚至会影响卫星热设计的可靠性和卫星运行的可靠性。
即使在一般情况下,接触热阻的存在也会增大热流途径上的温降。
对航天器热控制来说,过大的接触热阻还可能使其它热控手段(比如热管)失效。
随着科学技术的发展,在工程实践和科学实验中,接触热阻问题愈来愈引起人们的注意。
特别是随着空间技术的发展,卫星内大功率组件的热功耗越来越大,为使卫星内部的温度处于适宜的范围之内,就需要对接触热阻问题进行理论和实验研究,以对卫星内部导热过程进行有效的控制。
2 接触热阻的理论研究2.1 接触热阻的点理论如果把离散的局部接触面积称为点,接触热阻点理论的一般方法是:对单接触点接触热阻算法进行研究,再对接触点数目进行研究,从而完成对多接触点接触热阻的计算。
对单接触点接触热阻的计算大多将接触点简化为圆台、圆柱及圆盘三种计算模型,这三种模型中,圆台计算模型较其它两种更接近实际情况,因它考虑了锥角θ的影响。
收稿日期:1999-03-22任红艳,1972年出生,主要从事接触热阻方面的研究工作 设R i 为单点接触热阻,n 为接触点的个数,a 为接触点的半径,则连接处的总热阻为:1R T=∑ni =11R i(1)因R i =f i /(2ak ),则有R =∑ni =1f i 2a i k(2)a 为平均的接触点的半径,若忽略热阻减小因素f 的变化,则有:R =f /(2nak )(3)这样可将接触热阻问题归结于两个基本因素n 及a ,这两个因素又都依赖于平面轮廓平均微观粗糙度δ分布。
首先,须知道表面的变形是弹性的还是塑性的。
由于许多研究者的工作,尤其是Mikic 的研究工作[1,2],使接触热阻的理论取得了重要的进展。
Mi 2kic 及其合作者假定微观粗糙度分布为高斯分布,在初始加载时变形是弹性的,而载荷更高时则是由弹性向塑性过渡,使用以下系数来区分:γ=H/(E ′|tan θ|)(4)式中,H 为两种材料中较软者的微观硬度,E ′为有效弹性模量,tan θ为平均的表面轮廓绝对斜度(mean abs olute slope of the surface profiles )。
另外,Sridhar 及M.Y ovanovich [3]对弹性和塑性变形的接触导热模型的研究发展进行了比较和回顾,并对几种常用材料的试验结果与模型进行比较,结果表明表面较平滑的变形多是弹性的,而较粗糙的变形多是塑性的。
这些模型的建立对接触热阻的研究非常重要,但实际应用时因外界条件复杂而难以使用,需更多的试验结果来证实模型的可用性。
现在人们正在试图建立一种弹塑性的模型来对接触热阻进行分析;另外,用有限元法计算接触热阻也是一正在兴起的新方法。
2.2 金属接触热阻的研究接触热阻的大部分研究是关于金属表面间的接触热阻,因为在工程应用中,特别是在航天技术应用中,金属是常用的材料。
文献[4]回顾了金属接触热阻的研究发展,将各种金属热导模型与实验数据相比较,并给出近年来有关金属在各种情况下的经验及半经验关系式和理论模型,同时进行了分析。
(1)表观平坦而实际粗糙的金属接触的经验及半经验关系式Fletcher 和G y orog [5](1970)的经验式是在对铝、黄铜、镁及不锈钢的400次测量的结果上得到的,而且还考虑到表面平整度的偏差;O ’Callaghan 及Probert [6](1974)的经验式是由对铝及不锈钢的研究得到的;另外,S ong 及Y ovanovich [7](1988)的半经验式与实测结果吻合较好。
(2)平坦的粗糙金属接触的理论模型Mikic [2]在1974年建立了弹性变形模型;Y ovanovich [8]在1982年建立了塑性变形模型;而Ma 2jumdar 和T ien [9](1991)的模型与大多的模型理论不同,它对接触面的描述不是用粗糙度(asperity height )的高斯分布,而是用节点网络(fractal netw orks )法来描述;Sridhar 及Y ovanovich 在1994年将Mikic 的弹性变形模型及Y ovanovich 的塑性变形模型结合,建立了弹塑性变形的模型。
(3)不平坦的粗糙金属接触的理论模型Mikic 及R ohsenow (1966),Thomas 及Sayles [10](1974),Burde 及Y ovanovich [11](1978)研究了粗糙的球面接触(spherical ,rough surface )并给出了各自的模型,但因这些模型计算复杂,工程设计中难以使用。
Mikic [12](1970)针对粗糙球面接触的表面不均匀的压力分布的一维变化给出了模型,但并未给出压力分布的确定方法;Nishino 等[13](1993)则结合了Mi 2kic 的理论,用压力敏感薄膜(pressure sensitive films )来确定无量纲参数压力的分布。
但Nishino 并未给出压力分布和表面轮廓的联系,则压力的测量就不能避免。
但这些文献中只给出的模型,并未说明如何应用,使其应用受到限制。
3 接触导热填料研究在两个相互接触的表面间使用合适的填料可有效地改变它们的接触热导率。
合适的填料填充了因表面粗糙而造成的微观上的空隙。
如果填料本身具有较好的导热性,接触热阻可减小;相反,若在接触缝隙中填上非金属材料,将会进一步增大接触热阻。
然而,现在着重研究的还是减小接触热阻方面的要求。
填料的选择是要求它具有热传导性、与表面材料的相容性、污染性及易使用性等,对于特殊的应用,材料的选择需考虑接触温度、压力、环境状况等。
3.1 导热脂及油试验表明,导热脂的使用可大大减小接触热阻,且易于使用。
一般所使用的导热脂为以硅油与导热填料组成的硅脂,导热填料可使用金属粉末或用ZnO粉末(具有电绝缘作用)。
另外,在较低的温度下,以石墨为基体的油也可很好地提高接触热导率。
文献[14]对13种导热脂进行了接触热导的测试,而文献[15]对之进行了筛选试验,结果表明:77—09脂为综合性能最佳的导热脂,其组分为:57#硅油:ZnO =1:2.5(质量比);饱和蒸气压(20℃)<1×10-5Pa;针入度(25℃,9.3g)为72,涂抹方便;接触热导率为25704W/(m·K)。
尽管该种材料的优点较多,但也有缺点:在涂抹时不易恰到好处,经接触挤压后会流出而影响别的表面;而且长期存放或填充后,脂中的硅油会析出和爬行,温度超过180℃后,硅油会强烈的挥发;即使其饱和蒸气压很低,但在高真空中也会挥发,难以用于光学性能要求高的部件。
3.2 金属1)金属箔文献[16]中,对在不同情况下铝合金6061T6的接触面使用了4种金属箔来减小接触热阻,这4种金属箔为铅、锡、铝、铜,得出结论:接触热导是受接触压力、金属箔的热导率及硬度、接触表面的粗糙度影响的。
在这些金属箔中,铟箔可较大提高接触热导率。
文献[17]中对铟进行了应用试验研究:将铟压延成0.1mm的箔填入接触表面之间。
试验表明,对于表面平整度为0.02mm的情况,填入铟箔可将接触热导率提高5～6倍;当填入铟箔时,表面平整度应小于铟箔的厚度。
缺点是如在连接点不正确的放置有可能使其安装误差或卷曲而导致热导率的减小;且它比较脆、易断裂,拆卸时有可能受到破坏而不能重复使用。
2)金属丝网在接触面处放置坚硬、低热导率的金属丝网可起隔热作用,增大接触热阻。
金属丝网的隔热效果好坏取决于它的硬度、相对于基板材料的导热率、网格数目(decitex)、网格直径。
从各种研究可知,具有较少网格数目的不锈钢及钛的金属丝网为较好的隔热选择,它们具有良好的机械性能及可重复使用。
3)低熔点合金将选择的一定熔点的低熔点合金放置于接触面处[18],当温度达到其熔点温度时,该合金会液化,则其将会充满接触面处的空隙,从而加大接触导热,使得接触面处温度不致太高。
而当仪器停止工作时,温度下降,合金又会凝固,接触又会变差,从而使温度不致太低。
在室温时,该合金应为固态以方便安装及拆卸,且熔点要低于连接面处的运行温度。
为防止该合金使用时熔化为液体流出接触面,在文献[18]中,使用了如图1所示的分块结构,利用毛细张力作用使得液体合金不致流出。