一种高导热材料导热系数测试仪的研制

对经典周期热流法进行了研究和改进,采用实验测试和数值仿真相结合的研究方法,设计开发了一套简单实用,数据可靠的高导热材料导热系数测试装置。通过编程技术,实现了数据的自动采集及处理。应用有限容积法建立二维模型,借助Visual Basic语言,开发了该测试系统在线仿真的软件系统。最后根据实验结果和文献值对该测试系统进行评价。

电源高导热材料性能的研究

电源PCB一般应具备良好的散热性,对材料的导热性及铜厚都有较高的要求。随着电源设备向小型化和多功能化方向的发展,传统的厚铜设计已经不能满足电源的散热要求,而铜基和铝基设计在成本上又不具有优势,于是对电源高导热材料的需求越来越强烈。着重研究了利用高导热厚铜材料进行电源PCB加工的可能性,为产品的研发设计提供参考。

航天器热管理高导热材料应用研究

航天领域的快速发展对热管理材料提出了更高的要求,根据实际应用开发的不同热控产品除导热率外,还对材料的密度、膨胀系数、耐温范围、力学强度及可加工性能等有特殊要求。从高导热材料的导热机理出发,总结了国内外高导热材料发展现状,介绍了各类金属基复合材料、碳基复合材料及高导热功能材料等在航天热管理领域应用的现状。针对航天热控技术对高导热材料的需求,结合各种高导热材料的热物理特性和工艺特点,分析了其在航天领域的应用前景。

高导热材料的铝基板加工技术

文章通过对高导热材料制作的铝基板的加工工艺试验的总结,提出了加工工艺,解决了加工中的难题,为高导热材料制作的特种印制板的批量生产奠定了基础。

高导热材料轻质液冷服的热分析

本文介绍了减少轻质液冷服（LCG）整体重量的研究分析结果。液冷服是航天员在穿着航天服或发射／再入服时进行主动热防护的服装。预计在新的飞行任务中其重量能够减少三分之二。为了在减少重量的情况下预测液冷服的性能，开发了一个液冷服热数学模型。这些改变包括不同导热率、服装厚度和冷却管数量等。为了预测航天服在去除冷却管并代以高导热无水材料后的性能，开发了另一个模型。研究结果显示，通过提高航天服材料的热传导率而显著减轻航天服重量在理论上是可行的。另外，热交换的瓶颈问题来自航天服自身的基本管路，在理论上，这是可以克服的，而且能够进一步降低其重量。第三种设计改进是把服装翻过来，使管路朝外，以便传导服贴着皮肤。这在提高服装效率和舒适性的同时还降低了重量。这些设计上的改进实现了以更轻的服装达到同等的热交换效果。第二种模型结果显示，无水服装设计在理论上是可行的，但利用目前和未来可预测的材料技术并不会降低重量。

高导热材料非均匀分布对[火积]耗散率最小化矩形单元体构形的影响

应用构形理论和[火积]理论,研究矩形单元构造体内变截面高导热材料的非均匀分布问题,导出构造体内高导热材料非均匀分布时的[火积]耗散率,得到[火积]耗散率最小时高导热材料的最优分布,并采用释放上一级构造体最优约束方法对构造体散热性能开展进一步优化。结果显示:对于一级构造体,各单元体内的高导热材料均匀分布(每个单元体内的高导热材料用量相等)时,其[火积]耗散率最小;随着构造体级数的增加,高导热材料仍为均匀分布时,结果与一级构造体的相同,与最大温差最小时高导热材料非均匀分布的结果不同。通过释放上一级构造体最优约束可以进一步降低构造体[火积]耗散率,如三级矩形单元构造体释放该约束后其[火积]耗散率降低41.93%。理论结果对工程实际散热设计具有一定的理论指导意义。

尖化前缘高导热材料防热分析

针对飞行器高超声速飞行时严重的气动加热环境,提出疏导式热防护结构(TPS),为飞行器前缘提供热防护。采用有限元法和有限体积法,分别对在特定工况下飞行的尖化前缘固体域和流体域进行计算,验证了前缘内嵌高导热材料的防热效果,其中来流马赫数为6.5时,头部壁面最高温度下降了13.6%,尾部最低温度升高了16.7%,实现了热流由高温区向低温区的转移,削弱了前缘头部的热载荷,强化了前缘的热防护能力。对于耐热材料提出一个最佳厚度值,即综合考虑厚度增加带来额外的热载荷,在保证热结构稳定的同时选取最小厚度。对耐热材料黑度和高导热材料的导热系数对壁面温度的影响进行了讨论,为尖化前缘防热材料的选取提供了一定的参考依据。

高导热金属基复合材料的热物理性能

分别采用无压浸渗、气压浸渗、内氧化技术制备了高导热Al/SiC、Al/C、Cu/Al2O3复合材料.研究了增强相和界面对这三种复合材料的热导率和热膨胀系数的影响,并对这些性能进行了理论分析和数值模拟.当颗粒尺寸与界面层厚度之比固定时,颗粒尺寸对Al/SiC复合材料热导率影响很小,但界面热导率对其影响很大;Al/SiC复合材料的CTE随温度的升高而增加,随SiO2层厚度的增加而减小;碳纤维中混杂3%SiC颗粒有利于改善纤维的分布,降低Al/C复合材料的缺陷,并提高其热导率;压力加工增加了Cu/Al2O3的致密度,也提高了其热导率;可用Schapery和Kerner模型计算复合材料的热膨胀系数,用Hasselman-Johnson模型计算热导率.

周期热流法测试金属及合金材料高导热系数可视化测试系统的研制

根据周期热流法测试原理,结合理论分析和实验测定,设计并开发了一套测试和计算金属及其合金高导热材料热物性参数的装置和软件。利用Visual Basic6.0的编程技术,并结合数据采集装置,实现了测试系统的数据自动采集及处理可视化功能。通过对几种金属及合金热物性参数实验测定的结果和文献值比较,发现最大误差不超过6.5%,测试结果可靠。

热棒材料高导热性对其降温效果影响的三维非线性有限元分析

热棒在多年冻土路基工程中均有应用,其在寒季吸收冻土热量,并通过对流把热量释放到大气中,从而降低地基温度使其保持冻结状态,减小路基沉降.暖季热棒停止工作,但由于热棒材料本身的高导热性,会使土体吸收比不设置热棒时更多的热量,从而削弱其制冷效果.基于热棒的工作原理,结合唐古拉山多年冻土区的有道砟填土路基,采用有限单元法分析热棒材料高导热性对其降温效果影响.计算结果表明:考虑热棒高导热性时路基下方温度低于-0.5℃低温区半径比不考虑此因素时平均减小0.5m,地温也比不考虑此因素时高.说明热棒材料本身的高导热性降低了其降温效果,其作用不可忽略.

高导热绝缘材料在高压电机上的应用意义及前景

本文介绍了绝缘材料导热性的基本理论及国内外高导热主绝缘的情况，论述了高导热绝缘材料在高压电机上的应用意义及发展前景。

地热钻采高导热固井水泥材料研究综述

为了进一步研究地热钻采高导热固井水泥材料的最佳配料比,对现阶段的导热固井水泥研究领域进行了总结回顾和综合评述。从广泛的导热填料(金属和非金属导热填料)的研究现状、固井水泥原材料种类、导热水泥填料种类、外加剂掺量、导热固井水泥的性能等方面对目前导热固井水泥的研究阶段进行了归纳,总结前人研究的实验成果和理论基础,并展望了地热钻采高导热固井水泥材料提高或维持其他性能的发展方向。

高导热聚酰亚胺复合材料的性能

采用原位聚合法,以六方氮化硼(h-BN)为填料、均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为单体、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂制备功能性聚酰亚胺(PI)复合材料。考察填料h-BN质量分数对PI复合材料导热系数、力学性能和摩擦磨损性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X线衍射仪(XRD)、电子万能试验机、导热系数测试仪和摩擦磨损试验机等对PI复合材料进行表征。结果表明:与纯PI相比,h-BN改性后的PI复合材料的拉伸强度和弹性模量均有较大的提高;随着hBN质量分数的提高,PI复合材料的导热系数逐渐增大(最大导热系数为0.289 W/(m·K)),干摩擦因数逐渐降低(最低摩擦因数为0.196),磨擦表面温度显著下降,磨损率呈先减小后增大的趋势(最低磨损率为6.76×10-14 m3/(N·m))。

地热井高导热低密度固井材料制备、性能及结构

高导热低密度固井材料(HLC)能够有效解决中深层地热井井深易漏的固井难题,并能有效提高地热井地下换热效率。通过正交实验,基于层次分析法和矩阵分析法,综合考虑导热系数、48 h抗压强度、密度和成本4个指标,制备了可用于中深层地热井固井的HLC;通过实验测试了固井材料的各性能指标;利用SEM、XRD和MIP观测了HLC的微观结构,并分析了导热机理。结果表明,HLC配方为:55%水泥+9%石墨+25%石英粉+2%粉煤灰+2%硅灰+2%降失水剂+3%稳定剂+1.5%膨胀剂+0.5%缓凝剂,W/C=0.78;其各项性能指标均满足相关规范要求;石墨的加入改善了HLC的微观结构及孔径分布;导热机理符合导热路径理论。可为中深层地热井的固井施工和相似材料的制备研究提供借鉴。

高导热填充材料对高压电缆接头温度的影响

高压电缆接头是线路中的热点位置,限制着线路载流量的提升。为了探究加装保护盒以及保护盒内填充不同材料对电缆接头导体温度的影响,搭建了高压电缆接头的大电流温升试验平台,对比分析了电缆接头未装保护盒、加装保护盒、保护盒内填充传统密封胶,以及保护盒内填充高导热材料4种情况的试验数据。结果表明,相比于未装保护盒的情况,加装保护盒不会显著恶化电缆接头的散热环境。但是在保护盒内填充传统密封胶后严重阻碍电缆接头的散热,相比于未装保护盒时压接管的温度升高了8.1℃。保护盒内填充高导热材料后,压接管的温度显著下降。相比于未装保护盒的情况,其导体温度仅升高了2℃,大大增强了电缆接头的散热能力。

温度对高导热固井材料性能及结构的影响研究

地热能开发利用可以助力“双碳目标”的实现,采用高导热材料固井是大幅提升地热能开发效率的关键。通过试验测试、SEM观测等方法,研究了养护温度和养护时间对固井材料导热系数、抗压强度和微观结构的影响规律。结果表明,高导热固井材料(HTC)的导热系数和抗压强度随温度升高均呈先增大后减小的趋势,随养护时间增加则持续增大,其综合性能在60℃时最优;HTC的导热系数对温度的敏感程度更高,抗压强度对温度的敏感程度较低;产生这种现象的根本原因是:温度和时间对HTC水化产物和孔隙结构的改变。

高导热绝缘高分子复合材料分析

现代电子产业发展中,对高导热绝缘高分子复合材料的需求不断提升,高质量的高导热绝缘高分子材料不仅能够提升电子元件的精度,更能够实现其使用寿命的延长。文章以甲基乙烯硅胶以及三类聚乙烯为研究对象进行高导热绝缘高分子材料研究,并对其性能的影响因素进行全面分析,以实现高质量高导热绝缘高分子材料的制备。

66 kV高导热风机电缆载流量与温升特性研究

构建以海上风电等为新增电源主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的重大战略,作为其关键装备——66 kV柔性电缆已成为目前10MW以上海上风机的主流集电方式,但其工作环境恶劣、散热条件差,迫切需要实现该型电缆载流能力的提升。因此本文制备了高导热主绝缘与护套材料,并通过有限元仿真模拟了高导热66 kV风机电缆载流量提升效果,使用解析法计算了不同负载下高导热电缆的载流能力。研究发现,改性材料与原材料相比,具有更好的电气绝缘性能,且绝缘材料与护套材料导热系数分别提升90%与52%,并使66 kV风机电缆载流量由682 A提升至720.2 A;相同负载电流下高导热电缆最大温度下降8.4℃。研究结果为高压风机电缆载流量提升提供了有效方法,同时为高压三芯电缆仿真计算提供了相关参考。

高导热厚铜HDI板制作技术研发

电源设备用PCB一般要求具备良好的散热性,所以其所用材料的导热性及铜厚都较高。而随着电源设备的小型化、多功能化发展,高密度互连的电源板设计也逐步被客户所采纳,于是出现了高导热材料、厚铜与高密度互连设计相结合的组合型电源PCB产品。这种发展给PCB制造商带来新市场的同时,也带来了新的技术挑战。本文着重研究了利用高导热厚铜材料,制作高散热性高密度互连PCB的方法,对此类特殊材料及组合设计产品加工过程中出现的问题提出了解决办法。