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ThermalContactResistanceandThermalConductiveFillerRenHongyanHuJingang(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineeringBeijing100086)AbstractOnthebasisinvestigationofthermalcontactresistancedevelopedintheworld,thedevelopmentonther2malcontactresistanceandthermalconductivefillerisbrieflyintroduced.Thepropertiesandapplicationsofsomethermalconductivefillermaterialssuchasthermalconductivegreaseandoil,metal,gasket,RTV,coatingetc.arepresentedheretoprovidereferencetoengineeringuse.KeywordsThermalcontactresistance,Thermalcontactconductive,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—11—宇航材料工艺1999年第6期©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.设Ri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:1RT=∑ni=11Ri(1)因Ri=fi/(2ak),则有R=∑ni=1fi2aik(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。Mi2kic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′|tanθ|)(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,tanθ为平均的表面轮廓绝对斜度(meanabsoluteslopeofthesurfaceprofiles)。另外,Sridhar及M.Yovanovich[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...
