[发明专利]一种界面接触热阻的高精度测试方法

说明书

本发明公开了一种界面接触热阻的高精度测试方法，属于测试技术领域，本发明所述的测试方法采用先进的非接触热成像技术进行多个数据点的平均处理，较现有界面温差的界面外推或随机取值选取方法，该测试方法能更为精准的计算得到界面温差，也更进一步提高了采用先进热成像技术进行界面接触热阻的测试精度，可实现高温、瞬态和微纳米尺度的界面接触热阻高精度测试，并且可实现从常温~2700℃温度区间的界面接触热阻测试。

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种界面接触热阻的测试方法。

背景技术

接触热阻是一个受材料物性、机械特性、表面形貌、接触压力、温度、间隙材料等众多因素影响的参数。根据实验热流是否稳定，一般把接触热阻测量方法分为瞬态法和稳态法。瞬态法也是一种常用的接触热阻实验测量方法，其主要包括激光光热测量法、热成像法、“flash”闪光法、激光光声法等，其中激光光热测量法又包含调制光热法和热扫描法，调制光热法又有光热幅值法、光热相位法和脉冲法之分。虽然各种瞬态法虽宜于快速测量且可测量小到纳米数量级的薄膜，但其测量过程易受各种因素影响，且公式推导相对复杂，测量精度也较难保证。

因此，界面接触热阻测量方法最常用的是稳态法：在两接触样品上维持一定的温差，测量两样品轴向上的温度值，再由傅里叶定律外推至接触界面处从而得到界面上的温差；热流量可由热流量计测量或由样品材料的热导率和温度梯度计算得到，从而R＝|T1-T2|/Q。稳态接触热阻测试方法多是和美国国家标准ASTM D5470-06的测试标准设备相类似，但多有文献指出由于温度测量的不确定性误差和热损失误差很难保证对界面接触热阻有足够高的测量精度。

高温条件下温度测量主要有接触式和非接触式测量方法，由于普通的接触式温度测量温度范围有限，且温度探头需嵌入到试件内部，可能破坏试件温度分布，导致测量结果出现偏差。更为重要的是，采用接触式方法无法直接测量高温接触界面处温度，需要在试件轴向方向布置多个测点，然后外推计算出界面温度，其测量误差大，而且在厚度只有几毫米的试件上开孔定位也很难实现。因在大热流密度加载地高温条件下的接触界面温差在毫米距离已经高达上百摄氏度,此时如果还是以温度传感器打孔安装的方式外推界面温度已经不再适用,且在高温条件下，由于温度传感器引入的附加误差影响也会相当明显。总之，上述稳态方法和非稳态方法主要是针对常温及不超过600℃情况下的材料接触热阻测量方法，而高温条件下的接触热阻由于涉及诸多关键问题一直没有很好的且具有较高精度的测试方法可用于实际测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种界面接触热阻的高精度测试方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种界面接触热阻的高精度测试方法，所述方法包括以下步骤：

第一步，测试设备的准备：

将待测上、下两试样设置在加热体和制冷块之间；

第二步，加载压应力，开启加热体和制冷块：

加载所需压应力，开启加热体，同时对制冷块进行冷却；

第三步，采集待测试样界面上的温度数据：

采用高清热成像技术对待测上、下两试样界面上的温度进行采集和存储，得到温度场图像；

第四步，温度场图像数据的处理：

对该温度场图像进行图像提取，提取后图像需包括待测试样接触界面，对提取后的图像数据进行平均值处理，再以提取后图像纵向方向(待测试样轴向方向或待测试样设置方向)的像素点为纵坐标(或横坐标)，以其对应的温度值为横坐标(或纵坐标)作数据拟合曲线，得到待测两试样的温度梯度曲线和待测两试样接触界面间的温度曲线，设所得曲线交点之间的差值为界面温差ΔT_c；

第五步，接触热阻R的计算：