摘 要

接触热阻问题近年来对生产生活产生了广泛影响，在激光设备、航空航天设备、微电子设备中有重要的使用价值，因此采取有效方法对接触热阻进行研究分析，掌握其内在机理具有重要意义。本文首先论述了国内外接触热阻问题研究现状，归纳总结了进展和存在的问题；重点分析探究了接触热阻的测量原理和方法，根据测量接触热阻原理构建了本课题测量接触热阻的装置，然后对该装置的各个分系统进行了分析设计；在本课题测量装置中，保证整个系统测量精度首先需要检验温度测量系统的可靠性，因此本文从理论方面对温度测量装置精度进行检验，证明了该系统具备可靠的测量精度，能够展开对接触热阻问题的研究分析。

关键词：接触热阻 测量装置 精度分析

Abstract

In recent years, thermal contact resistance has had a wide impact on production and life, and has important application value in laser equipment, aerospace equipment and microelectronic equipment. Therefore, it is of great significance to adopt effective methods to study and analyze thermal contact resistance and master its internal mechanism. In this paper, the research status of contact thermal resistance at home and abroad is discussed, and the progress and existing problems are summarized. The measurement principle and method of contact thermal resistance are analyzed and explored emphatically. According to the measurement principle of contact thermal resistance, the device for measuring contact thermal resistance in this subject is constructed, and then the various subsystems of the device are analyzed and designed. In the measuring device of this topic, the reliability of the temperature measuring system must be tested first to ensure the measuring accuracy of the whole system. Therefore, the accuracy of the temperature measuring device is tested theoretically in this paper, which proves that the system has reliable measuring accuracy and can carry out research and analysis on the problem of contact thermal resistance.

Key Words: Contact thermal resistance；Measuring device；Precision analysis

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 2

1.2.3国内外研究现状总结 3

1.3本文研究内容及意义 4

第二章 接触热阻的测量原理与结构设计 5

2.1接触热阻定义及计算方法 5

2.2接触热阻影响因素 6

2.3接触热阻的测量原理 6

2.4测量系统的总体设计 8

2.5测量系统研究过程 9

2.6本章小结 9

第三章 测量系统的各个分系统研究分析与设计 10

3.1压力加载系统 10

3.2加热系统 11

3.3保温系统 12

3.4冷却系统 13

3.5测试样品 13

3.6数据采集装置 14

3.7本章小结 14

第四章 精度与误差分析 15

4.1温度测量的精度分析 15

4.2传热装置的精度分析 16

4.3本章小结 17

第五章 测量系统经济性分析 18

5.1测量系统各分系统的成本计算 18

第六章 总结展望 19

6.1全文总结 19

6.2技术展望 19

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

自二十世纪八十年代，高新科学技术以及纳米级技术快速发展，尤其是在航空航天设备、激光技术设备、大规模集成电路、超导电力的传输等方面，不可避免的需要解决固体与固体材料界面之间的热传输特征问题，也就是所谓的固体接触界面存在的热阻问题。接触热阻应用范围涵盖了机械制造技术、激光技术、航空航天设备、超导传输、微电子器件（如图1.1）、低温技术、以及核反应堆等工程和科学领域内。在最近的三四十年以来,伴随着小规模电子设备、器件的高速发展,微电子元器件的功率要求不断提高,随之带来了器件使用过程中产生大量的热量，严重影响了器件寿命，为让设备稳定工作并且发热量得到控制，设备在使用过程中的快速降温成为亟需解决的问题。因为绝大部分器件通过接触传热才能散出产生的热量,而只有增强接触界面的热传导能力才能突破设备的空间尺寸的限制,所以需要对接触界面的传热性能进行提高，由此来看研究接触界面的接触热阻具有普遍的重要意义。

图1.1接触热阻问题广泛存在于电子器件

对于晶体和金属材料之间的接触热阻的研究，由于晶体材料广泛应用于激光设备中，为了保证晶体的工作状态，得到晶体的温度分布状况并保证激光设备的运行可靠性，需要对晶体与金属材料的接触热阻进行研究，探明传热机理，改善激光设备性能。关于晶体与金属之间接触热阻的研究，在此领域涵盖了激光设备、高温超导、微电子器件散热、空间热控技术、航空航天等亟需解决的关键科学技术难点，它涉及很多学科领域范围，是国内以及国际学科前沿所研究的热点问题。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

自1980年以来,许多国内学者们开始关注接触热阻的研究问题,并展开研究也取得了很多成果。接触热阻研究材料主要集中在无氧铜、玻璃钢、氧化铝、金属复合材料等固体材料方面，在研究领域上涵盖了航空航天设备、微电子、激光设备、超导传输等。

上海交通大学的徐烈^[1-3]、赵兰萍带领的团队重点开展了固体接触表面的接触热阻在低温以及真空条件下的分析。他们团队以平面内接触界面理论为基础，将出发点定位在接触面的压力以及接触面材料具体形状，在此基础上又深入研究分析了接触面模型以及接触面表面模型，在具体实践检验和理论化分析数据后，在领域内得到了很多研究成果的突破。

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