低温铜和氮化铝接触界面热阻实验研究

论文摘要

固体材料接触界面热阻广泛地存在于各种工程应用问题当中,如航天器（卫星和宇宙飞船等）热控制技术、大功率集成电路芯片的散热设计、制冷机直接冷却高温超导磁储能系统、低温液体储运设备的设计等,是微结构传热学中的重点和难点,是亟须解决的关键科学问题。本课题来源于国家自然科学基金项目（50876034）:基于激光光热法的三维微结构低温固体接触界面层热输运特性研究。本文研究内容即为铜和氮化铝材料接触界面层热阻研究。接触界面热阻受多种因素影响,其中,材料的热物性是研究接触界面热阻的基础。本文以激光光热法为研究手段,以两级G-M制冷机为实验冷源,建立低温真空条件下的温度测量与控制系统和实验测量系统,测量50K300K温区内铜和氮化铝材料的热扩散系数,获得实验数据,以及在0.20MPa0.57MPa压强范围内,70K300K温区内铜和氮化铝材料的接触界面热阻。基于相关实验数据,使用matlab软件对实验数据进行回归分析和模型仿真,获得接触界面热阻的完全二次型预测模型。揭示微尺度层面下低温固体接触界面层的热输运特性及作用机理。实验研究和仿真表明:氮化铝的热扩散系数在70K150K温区内随温度变化显著,在150K300K温区内随温度变化比较缓慢。而铜的热扩散系数在50K100K温区内随温度变化显著,在100K300K温区内随温度变化比较缓慢。铜和氮化铝接触界面热阻受温度和压强的耦合作用,温度对接触热阻的影响比压强对接触热阻的影响大,在70K300K温度范围内接触热阻随温度的升高而减小,在0.20MPa0.57MPa压强范围内随接触压强的增大而减小。由于固体材料接触界面热阻是非常复杂的,是一个具有挑战性的科学问题,不仅在工程应用还是科学研究上面,都是非常有意义的。这需要投入更多的时间和精力来深入研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 2 低温温度测量与控制系统研究
• 2.1 实验温度测量与控制系统
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.3 本章小结
• 3 激光光热法铜和氮化铝热扩散系数实验研究
• 3.1 激光光热法实验原理与装置
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.3 本章小结
• 4 激光光热法铜和氮化铝接触界面热阻实验研究
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验测量系统
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的课题