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求助“ 管材内螺纹成型有限元分析及换热性能试验研究 ”(钢铁IRON & STEEL 2002年 第11期)
在线分析仪表的性能指标含义广泛,但大体上可以分为两类:一类性能指标与仪器的工作范围和工作条件有关。工作范围主要是指测量对象、测量范围等,对于不同的分析仪器,工作范围方面的性能指标是不同的。工作条件包括环境条件、样品条件、供电供气要求、仪表的防爆性能和防护等级等。在线分析仪表直接安装在工业现场,对工艺流程物料连续进行分析,因此,环境条件对仪器的适应要求比较严格,仪器对样品条件的要求也比较严格,工作条件方面的性能指标与实验室分析仪器相比,有较大区别。二类性能指标与仪器的分析信号,即仪器的相应值有关。这类性能指标对不同的分析仪器,数值和量纲可能有所不同,但它们的定义是共同的,是不同类型分析仪器共同具有的性能指标,是同一类分析仪器进行比较的重要依据,也是评价分析仪器基本性能的重要参数。这类型能指标主要有灵敏度、检出限、重复性、准确度、分辨率、稳定性、线性范围、响应时间等。
随着IT行业的发展,特别是这些年手机行业的飞速发展,出现了一些新型热界面材料,对热界面材料热性能的测试和可靠性考核提出了更高的要求。由于热界面材料的类型较多,热界面材料的热性能测试和考核方法确实比较杂乱,最近也一直有朋友和客户咨询这方面的问题。为了梳理清楚热界面材料热性能测试和可靠性考核方法,更便于提供有效的测试评价手段,我们在热界面材料热性能测试和可靠性考核方面做了一些工作,这里我们将逐步介绍这些研究工作的内容以供大家参考和讨论。1. 前言 热界面材料TIM(Thermal Interface Materials)作为一类用于两种材料间的填充物,是热传递的重要桥梁。这类材料是一种具有较高的导热系数,容易形变,能有效降低界面间热阻的材料。 目前市场常用的热界面材料主要包括以下几种类型: (1)导热脂:导热脂是目前应用最广泛的一种导热介质,它是一种脂状物并具有一定的黏稠度,没有明显的颗粒感。 (2)导热胶:导热胶的特点是具有一定的黏合力,可以制成各种脂状和片状形式并具有一定的柔韧性,可以很好的贴合功率器件与散热器件或填充器件之间的间隙并不易发生边缘流溢,从而达到最好的导热及散热目的。 (3)相变导热材料:相变导热材料一般为低熔点金属复合材料薄片,在一定温度区间内会发生固液相变,并在装卡压力作用下流进并填充发热体和散热器之间的不规则间隙内,挤走空气,形成良好的导热界面。 (4)石墨(石墨烯)垫片:石墨(石墨烯)垫片采用特殊的制作工艺,具有极佳的导热导电和耐温性能,特别适合于不需要绝缘的高温散热场合。 衡量热界面材料的重要技术指标是导热性能,而导热性能的两个主要参数是导热系数和热阻。对于一定厚度的热界面材料,导热系数与热阻是一种互为倒数乘以厚度的关系。从理论上来说,知道热界面材料的实际厚度后,只要测量出导热系数和热阻这两个参数中的任意一个,就可以计算出另一个参数。但由于热界面材料的种类繁多,再加上热界面材料使用过程中实际厚度较小和具有加载压力的因素,使得导热系数和热阻的这个简单关系中相关量变得复杂和难以准确测量,由此使得热界面材料导热系数和热阻的测试评价方法十分混乱。 针对目前热界面材料热性能多种测试方法并存的现状,本文对目前市场上国外厂家的热界面材料产品进行了统计和分析,并对热界面材料热性能的主要测试方法和可靠性试验方法进行了汇总,展现了国外热界面材料厂商如何选择相应的测试方法,以期对今后热界面材料导热性能测试评价技术的研究提供参考和借鉴。 本文重点选取了美国莱尔德公司的热界面材料进行统计和分析,这主要是因为莱尔德公司相对于其他热界面材料厂商在官网上提供了最为详细的技术资料。2. 导热脂类热界面材料 导热脂类热界面材料是目前应用最为广泛的一种热界面材料,莱尔德公司导热脂产品的相关技术资料是众多厂家中最为全面的,尽管有些资料不是非常完整,但也是所能看到的唯一一家所提供的技术报告非常详细的公司,这为我们进行统计和分析提供了便利。2.1. 莱尔德公司导热脂类热界面材料的热性能指标 从莱尔德公司的官网上可以看到有五种牌号的导热脂热界面材料,根据官网所提供的各个牌号的公开技术资料,可以得到这五种牌号导热脂的导热系数和热阻数据以及相应的测试方法,如表 2.1所示。表 2.1 莱尔德公司导热脂热界面材料导热性能指标和测试方法http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015051119574021_01_3384_3.jpg2.2. 测试方法分析 通过以上各种牌号导热脂的技术指标和各种老化考核试验结果,可以获得以下信息: (1)莱尔德公司对其所有导热脂产品的导热系数测试都采用的瞬态平面热源法(HOTDISK法)。HOTDISK方法对于这类脂状的热界面材料确实是非常简便和准确的方法,只需在恒定温度环境下将导热脂完全包裹住HOTDISK探头就可以进行测量,通过这种方法可以非常准确评价不同导热脂导热性能以指导工艺和生产,而且这种方法是一种绝对法,不需要其他方法进行校准。 (2)莱尔德公司对导热脂热阻的测量还是采用经典的ASTM D5470方法,这主要是为了测量导热脂在不同加载压力下的热阻,毕竟在不同压力下导热脂的热阻值不同。 (3)在使用HOTDISK测试方法之前,莱尔德公司是采用ASTM D5470方法测量导热系数,即在线测量出不同加载压力时导热脂的厚度值,然后再除以表 2‑1中对应的所测量得到的热阻值,就可以得到不同加载压力下的导热系数。由此可见,对于导热脂这种脂类材料,莱尔德公司现在已经摒弃了ASTM D5470这种导热脂导热系数测试方法,没有给出原因,也没有看到两种导热系数测试方法的对比测试分析。但据我们的经验和分析,这主要是因为ASTM D5470这种方法是一种相对法,测量误差要比HOTDISK方法的测试误差大很多,造成误差大的原因是在压力加载情况下导热脂的厚度很难精确测量。 (4)莱尔德公司所有的热阻测量都没有提到测试温度,有可能按照ASTM D5470中的规定温度进行热阻测量。3. 导热胶类热界面材料3.1. 莱尔德公司导热胶类热界面材料的热性能指标 导热胶类热界面材料也是目前应用非常广泛的一种热界面材料,而且导热胶的形式很多以满足不同需要,莱尔德公司将这类热界面材料归类为热填隙料(Thermal Gap Fillers)。从莱尔德公司官网上可以得到近18个系列牌号导热胶的导热系数和热阻数据以及相应的测试方法标注,如表 3.1所示。表 3.1 莱尔德公司导热胶(填充料)类热界面材料导热性能指标和相应测试方法http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015051120034447_01_3384_3.jpg3.2. 测试方法分析 莱尔德公司的导热胶(热填隙料)类材料有脂状和片状两种形式,按照上述导热脂导热系数的测试技术逻辑,所有脂状导热胶的导热系数都应该采用HOTDISK方法进行测量。但从表 3‑1中可以看出,莱尔德公司在导热胶导热系数测试方法的选择上似乎非常混乱,采用HOTDISK方法既测量脂状导热胶也测量片状导热胶。同样,采用D5470A方法也是如此,看不出一个明显的测试方法选择原则。 例如,对于TputtyTM 504这种典型脂状热填隙料,导热系数测试采用的是D5470A方法,而对于相同脂状热填隙料TputtyTM 403则采用的是HOTDISK方法。 例如对于Tflex™ HR200这类片状热填隙料,导热系数测量采用的是HOTDISK方法,而对于具有类似硬度的片状热填隙料Tflex™ HR400则采用的是D5470A方法。 根据HOTDISK测试方法和测试能力,HOTDISK对脂状和片状热填隙料的导热系数都可以进行测量。根据实际测试经验,我们从具体测试的便利性方面分析,认为莱尔德公司在测试方法的选择上可能有一个前提条件,这个前提条件就是粘度和清洗的便利性。在HOTDISK导热系数测试中,HOTDISK薄膜探头要与被测热填隙料接触,如果热填隙料太粘或不易清理则容易损坏HOTDISK薄膜探头。但对于D5470A方法则不存在这种现象,在D5470A方法测试中与被测热填隙料接触的是金属块。4. 相变类热界面材料4.1. 莱尔德公司相变材料热性能指标 从莱尔德公司官网上可以得到近7个系列牌号相变材料的导热系数、热阻数据以及相应的测试方法标注,如表 4.1所示。表 4.1 莱尔德公司导热胶(填充料)类热界面材料导热性能指标和相应测试方法http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015051120095158_01_0_3.jpg[align=cente