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2.5 N·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~(-6)K·m~2/W。     

氮化铝与无氧铜低温界面热阻的实验研究

用低温真空实验装置稳态导热法,实验研究了界面温度和接触压力对氮化铝(AIN)与无氧铜(OFHC-Cu)问接触界面热阻的影响.在实验温度(90～210 K)和压力(0.273～0.985 MPa)范围内,A1N/OFHC-Cu界面热阻随接触压力的提高而降低,而当界面温度上升时界面热阻由于热载子热运动的强化而降低,温度较高时,界面热阻随压力变化的速率较大.     

稳态法实验研究Ga_(68)In_(20)Sn_(12)液态金属界面热阻特性北大核心CSCD

搭建了镓铟锡合金低温液态金属接触热阻实验平台,验证了实验系统的可靠性,对比了常规导热硅脂和液态金属的热阻特性,研究了压力、温度和界面特性对接触热阻的影响规律。实验结果表明,特征测点温度稳定变化且在稳态下具有很小的线性偏差(ε<6%),表明该实验系统具有较高的可靠性。与导热硅脂相比,在74 kPa的界面压力下液态金属的接触热阻降低约71%,且界面接触热阻随着压力的增加而降低。此外,界面温度的升高造成试件界面处液态金属导热系数降低,进而增加界面接触热阻。通过对铜表面镀镍处理能够有效防止液态金属对铜表面发生腐蚀,但镍层存在造成接触热阻增大。     

无氧铜材料深低温区界面接触热阻实验研究

无氧铜材料是深低温区常用的传热介质,其界面接触热阻是受多参数影响的变量。基于稳态实验法采用了一种温度、压力等参数可调可控的固体界面接触热阻测试系统。通过减小数据采集系统的激励电流提高了温度传感器的测温精度,并基于多层热阻法将制冷机温度波动控制在±1.5 mK以内。实验测试了无氧铜材料在4—40 K、0.6—2.8 MPa范围不同热流和表面粗糙度条件下的界面接触热阻。结果表明温度和粗糙度对其影响明显,当温度降低至4 K附近时无氧铜界面接触热阻迅速升高;在5—20 K温区当表面粗糙度由0.8μm增加到1.88μm时,其界面接触热阻将增加3—7倍。     

4～5 K铟片填充下无氧铜材料接触热阻实验研究

在陆续开展的深空探测任务中,高精度光学探测设备需要长期稳定的深低温工作环境。传热界面由于传热介质的热阻而存在一定的传热温差,为确保设备的工作环境,避免探测效率下降、精度下降和噪声干扰增加等严重后果,对无氧铜和不锈钢两种深低温温区常用的固体导热材料的界面接触热阻进行了实验测试。在真空、4～5.2 K、压力为3 077 N、铟片为填充物的条件下,测量了粗糙度为Ra=3.2的不锈钢-无氧铜接触热阻。结果表明：无氧铜界面间接触热阻在10-5～10-4 m2·K/W量级,且随温度的升高和粗糙度的减小而减小;无氧铜和不锈钢间的接触热阻在10-2 m2·K/W量级。     

BN表面沉积纳米Sn对BN/环氧树脂复合材料导热绝缘性能的影响

采用液相还原法,制备了BN表面沉积纳米Sn粒子(BN-Sn NPs)杂化材料,用于环氧树脂(EP)的导热绝缘填料。BN-Sn NPs表面纳米Sn的粒径和熔点分别为10~30 nm 和166.5~195.3℃。BN表面沉积纳米Sn后,粉体Zeta电位及压片的导热系数增加,EP滴在压片表面的接触角降低。在BN-Sn NPs/EP复合材料固化过程中,BN-Sn NPs表面纳米Sn熔融烧结,有利于填料相互桥联在一起,降低接触热阻,并改善界面性能,从而提高BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数。当填料体积含量为30vol%时,BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数达1.61 W(m·K)?1,比未改性BN/EP复合材料的导热系数(1.08 W(m·K)?1)提高了近50%。Monte Carlo法模拟表明,BN和BN-Sn NPs在EP基体中的接触热阻(R_c)分别为6.1×106 K·W?1和3.7×106 K·W?1。与未改性BN/EP复合材料相比,BN-Sn NPs/EP复合材料的介质损耗增加,介电强度及体积电阻率降低,但仍具有良好电绝缘性能。      

高温接触热阻的有限元模拟方法

基于多点接触理论建立了高温接触热阻的计算模型及其有限元格式,模型的基本尺寸取自表面粗糙度测量时的特征尺寸,该模型能有效模拟界面粗糙度、界面压力、界面温度和间隙填料热导率等参数对界面接触热阻的影响,同时也考虑了高温环境下材料热导率随温度变化的特点以及通过界面间隙的辐射换热效应。在此基础上,针对影响接触热阻的若干主要参数进行了研究。数值算例表明:该文所建立的有限元计算模型及其计算方法不仅能有效地模拟不同条件下高温接触热阻的变化规律,也为进行高温接触热阻研究提供了一种新途径。     

氮化硼和纳米金刚石混杂填充聚酰亚胺导热复合材料的制备与表征

以二维六方氮化硼和三维纳米金刚石为导热填料通过原位聚合方式杂化填充到聚酰亚胺(PI)基体中制备导热绝缘复合材料。采用聚芳酰胺和4,4-二氨基二苯醚分别对氮化硼和纳米金刚石进行表面接枝改性,以提高有机-无机两相界面的相容性。通过扫描电子显微镜、导热仪、热重分析等方法对复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明,不同粒径的导热填料混杂填充聚合物,利用协同效应可以提高堆砌密度,降低界面热阻,形成导热网络。当填料总质量分数为30%,改性氮化硼和纳米金刚石的质量比为9∶1时,复合材料的热导率达0.596 W/(m·K),是纯PI的3.5倍,同时复合材料仍具有较好的热稳定性和电绝缘性,满足微电子领域的应用需求。     

具有三维连续网络结构的聚合物基导热复合材料研究进展

热界面材料可以有效地将高温电子器件的热量快速传递到热管理元件,以缓解电子器件过热而导致的元件寿命恶化的问题。近年来,由聚合物和高导热填料制成的聚合物基复合材料因其密度低、导热性能可调而受到广泛关注。不同于传统的填料随机分散的复合材料,在聚合物基体中构建三维连续网络结构可以显著增加填料/填料接触、降低导热渗透阈值和界面热阻,显著改善复合材料的导热性能。首先,简要分析了聚合物基导热复合材料的导热机制。其次,总结了具有连续网络结构的聚合物基导热复合材料的构筑工艺,主要包括基于三维导热填料网络的预构筑、基于聚合物颗粒/粉末的后加工、基于聚合物纤维/织物的后加工、基于聚合物胶乳的铸膜或絮凝等工艺。再次,系统总结了不同类型的导热填料对聚合物复合材料导热性能的影响,主要包括金属填料、陶瓷填料、碳基填料及其混杂填料等。最后,对具有三维连续网络结构的聚合物基导热复合材料的发展前景进行了展望。     

用结构函数法测量GaN HEMT与夹具的界面层热阻

为准确测量Ga N HEMT与夹具界面层的热阻,在两种不同的管壳界面材料条件下,利用经过改进的显微红外热像仪测量Ga N HEMT的降温曲线。采用结构函数算法对两种降温曲线进行分析,得到反映器件各层材料热阻的积分结构函数曲线。利用JESD51-14中的方法分别确定结壳热阻分离点和夹具到热沉的热阻分离点,得到结壳热阻Rj-c为1.078 K/W,夹具到热沉的热阻Rf-s为0.404 K/W。利用两种条件下的总热阻减去结壳热阻和夹具到热沉的热阻得到管壳界面材料热阻,导热硅脂热阻为0.657 K/W,空气介质热阻为1.105 K/W。依据该方法可以实现对界面层热阻的测量。     

石墨渗铜喉衬材料抗热震性能评价

介绍了粗粒级石墨高温加压渗铜工艺研究，对石墨渗铜材料及通用的五种石墨材料进行了抗热震性能评价。结果表明，石墨渗铜材料具有较好的抗热震性能，解决了高性能战术导弹和航天飞行器高压强大流量固体火箭发动机（ＳＲＭ）喉衬材料的关键技术。     

轴向载荷对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响及测试

根据赫兹接触理论分析预紧力及轴向作用力与丝杠接触刚度的关系,根据滚动丝杆摩擦力矩波动的滚珠进入滚道阻力影响法,分析在轴向载荷下滚动丝杆副摩擦力矩波动影响参数;通过对轴向力作用下的丝杠系统摩擦力矩实验测试,表明预紧力对摩擦力矩的波动起主导作用,轴向载荷下的丝杠系统以单向预紧力的方式加剧了摩擦力矩的波动量。     

Influence of the coating material on the loosing of dental implant abutment screw joints

Dental implant abutment screw joints tend to loosen and prosthesis rotation has been observed under clinical conditions. Some dental implant manufacturers suggest coated abutment screw to prevent the displacement of dental prosthesis. In the present work, the opening torque (N cm) was measured as a function of tightening torque (N cm) for dental implant abutment screws coated with four different materials (TiC, TiCN, Teflon and Parylene) to clarify the influence of the coating material on abutment screw stability and to analyze the relationship between preload and opening torque. On a first series of tests, closing and opening torque (N cm) of abutment screws without coating and with coating tightened to 20, 30, 32, 35 and 40 N cm was recorded. In a second series of tests, changes in opening torque values were analyzed after successive closures that were tightened at constant values of 30, 32 and 35 N cm. On a third series of tests, abutment screws without coating and with Teflon coating were tightened to 32 N cm and submitted to cyclic loading. The results showed that for all abutment screws the opening torque was less than the tightening torque. For a given applied tightening torque (35 N cm), the screws without a coating had the highest opening torque (31.6 ± 0.9 N cm [mean ± S.D.]). The screw coated with TiN had the smallest average opening torque (12.2 ± 0.6 N cm) after tightening at 20 N cm. A progressive decrease in opening torque values was measured in all screw groups after repeated closures. After six retightenings (35 N cm) a statistically significant difference (P < .05) was observed in opening torque among uncoated Ti screw group (31.5 ± 0.6 N cm) and coated screw tested groups (Parylene = 29.6 ± 0.4, Teflon = 29.1 ± 0.7). Under cyclic loading Ti screws without coating are more stable than Teflon coated screws. The present work suggests that one must be aware of the magnitude of the opening torque when specifying a certain coating/preload combination. The present methodology shows how to calculate the relevant quantities.     

界面结合强度对C/Cu 复合材料热膨胀性能的影响

本文通过在C/C u 复合材料的Cu 基体中添加不同的合金元素(Sn,Ni, Fe) 获得不同的界面结合强度, 研究了界面结合强度对C/C u 复合材料热膨胀特性的影响规律, 并分析了界面结合强度对降温过程中复合材料的收缩特性及残余应变的影响。      

Simultaneous measurement of resistivity and temperature coefficient of resistivity of metallic thin films with the transient hot-strip method

The recently described transient hot-strip method for measuring thermal transport properties of solid insulators has been developed for simultaneously measuring the resistivity ?_F and the temperature coefficient of resistivity (TCR) α_F of metallic thin films. The experimental arrangement is similar to the well-known four-probe technique but the constant current pulse passed through the thin film is sufficiently high to increase its mean temperature by about 1 K. By measuring the time-varying increase or decrease in the resistance, information is obtained not only about the resistivity but also about the TCR.The main advantage of the method is the possibility to measure ?_F and α_F simultaneously without increasing or decreasing the temperature of the film by more than 1 K, i.e. without measurably changing the properties of the film.The method has been tested on unannealed copper films at room temperature.     

高导热金刚石/铜电子封装材料:制备技术、性能影响因素、界面结合改善方法

随着电子行业的不断发展,第二代热沉材料如钨/铜封装材料、钼/铜封装材料、碳化硅/铝封装材料等已不能满足该领域日益增长的需求。金刚石的热导率为2 300 W/(m·K),是已知热导率最高的物质;铜的热导率为401 W/(m·K),在众多金属中仅次于Ag。金刚石/铜复合材料具有诸多优点:(1)热导率高、强度大;(2)热膨胀系数能够通过改变金刚石与铜的体积分数加以调控,以实现与硅、锗等半导体材料的匹配;(3)具有比金刚石/银复合材料更低的成本以及比金刚石/铝、钨/铜、钼/铜等材料更高的热导率。因此,金刚石/铜复合材料是一种理想的电子封装候选材料。金刚石/铜复合材料的制备技术多种多样,其中粉末冶金、放电等离子体烧结、液相渗透是最适合该复合材料特性也是研究最广泛的技术。液相渗透法又分为无压熔渗法和压力辅助熔渗法,与粉末冶金法和放电等离子体烧结法相比,该法成本低、操作性强,成为近年研究的重点方向。目前,国际上已制备出热导率高达900 W/(m·K)的金刚石/铜复合材料。另一方面,金刚石与铜界面润湿度较差,导致复合材料致密度不高且热导率不易提升。解决金刚石与铜界面润湿度较差的问题成为制备金刚石/铜复合材料的关键,也促使国内外研究者不断尝试在制备工艺环节引入改进措施。目前已探索出两种较为可行的方法:(1)在复合材料制备过程中添加少量B、Cr等活性元素,使这些活性元素与铜形成合金;(2)在制备金刚石/铜复合材料之前,采用化学镀、扩散烧结、盐浴、磁控溅射等手段预先在金刚石表面包覆一层均匀的碳化物。本文总结了金刚石/铜复合材料的国内外最新研究进展及主流制备技术,论述了影响复合材料的热膨胀系数及热导率的主要因素。文章还介绍了改善金刚石与铜的界面润湿度的方法,最后对金刚石/铜复合材料的发展进行了展望。     

Effect of processing routes on mechanical and thermal properties of copper–graphene composites

In this paper, copper–graphene composites were fabricated by using two different processing routes (ball milling (BM) and ultrasonication) followed by spark plasma sintering. Vickers hardness and anisotropic thermal conductivity of the composites were measured and observed that ultrasonicated fabricated composites gave better result compared with BM composite and even from pure copper. The hardness values obtained for ultrasonicated copper–graphene composite were 69?HV (57% higher) and thermal conductivity 387?W/m?K (13% higher) by using only 0.5?wt-% of graphene, while for pure copper the values were 44?HV and 341?W/m?K. The value of anisotropic thermal conductivity ultrasonicated composites was also 1.97 which is much higher than pure copper 0.94.     

超高分子量聚乙烯基复合材料导热性能研究

采用纳米铜作为子颗粒,利用颗粒复合化系统,以机械冲击的方法将纳米铜颗粒嵌入式包覆于超高分子量聚乙烯颗粒(UHMWPE)表面,利用热压成形技术制备导热型复合材料。采用导热系数测定仪测试其导热系数,分析纳米铜添加量对导热效果的影响。结果表明:在相同的实验条件下,当纳米铜添加质量分数为6.8%时,复合材料的导热系数达到了0.85 W/(m.K),比纯UHMWPE提高了124%。     

Li2B4O7晶体的比热,导温和导热性能

用ＤＳＣ和激光热导人义分别测定了Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（ＬＢＯ）晶体３５０－９７０Ｋ范围内的比热和６３０－９７０Ｋ范围内不同主晶轴方向的导温系数，并由此了导热系数和声子平均自由程。     

磷脱氧铜无缝管断裂原因分析

用ＳＥＭ等方法对电冰箱压缩机用磷脱氧无缝铜管异常断裂进行了分析。结果表明，夹杂物局部偏聚是铜管断裂的内在原因，焊接时产生的热应力及弯曲变形是铜管断裂的外部诱发因素。有效的改进措施是严格控制杂质含量、将高温焊接工艺改为低温焊接工艺。