衛(wèi)昭夏 潘小珊 陳志超 劉少帥 蔣珍華 吳亦農(nóng)*

(1 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所 上海 200083)

(2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

1 引言

近年來(lái),隨著空間探測(cè)需求不斷提高和航天技術(shù)持續(xù)發(fā)展,阻擋雜質(zhì)帶探測(cè)器等甚長(zhǎng)波紅外探測(cè)器往往要求工作在液氫溫區(qū)甚至極低溫環(huán)境。4—20 K是空間小型低溫制冷技術(shù)的關(guān)鍵溫區(qū),諸多光學(xué)器件在該溫度下才可正常工作,實(shí)現(xiàn)mK 級(jí)溫度也需要在該溫區(qū)進(jìn)行預(yù)冷[1-2]。從常溫環(huán)境到深低溫環(huán)境,傳熱鏈路上的各制冷設(shè)備之間多以“固-固”形式傳熱,傳熱溫差是熱傳輸鏈路上熱損的重要來(lái)源之一,溫度越低其代價(jià)越大。因此,研究深低溫區(qū)“固-固”傳熱界面接觸熱阻對(duì)提高低溫下傳熱效率至關(guān)重要[3]。

兩個(gè)名義上接觸的固體表面,實(shí)際上它們的接觸僅發(fā)生在一些離散的面積元上,一般情況下熱量以氣體導(dǎo)熱、對(duì)流或真空輻射的形式在未接觸的界面之間傳遞,通過(guò)接觸界面的熱流流線向接觸點(diǎn)收縮。這種形式與兩界面完全接觸的理想狀態(tài)相比增加了熱量傳遞阻力,即為接觸熱阻產(chǎn)生的機(jī)理。接觸熱阻值取決于兩界面材料的傳熱性能及接觸充分性,根據(jù)機(jī)理可將影響固體界面接觸熱阻的因素分為兩類。一類通過(guò)改變界面材料自身的導(dǎo)熱性能或界面間的傳熱形式而影響接觸熱阻,如界面材料類型、界面溫度、界面熱流、界面填充材料等;另一類通過(guò)改變材料的表面狀態(tài)或界面接觸面積進(jìn)而影響接觸熱阻,如材料硬度、界面溫度、界面所受正壓力、表面氧化膜、表面粗糙度等。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同材料界面接觸熱阻的變化規(guī)律開展了較多的實(shí)驗(yàn)研究。Kumar 等[4]基于穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究了界面溫度50—300 K 范圍內(nèi)鋁和不銹鋼之間的接觸熱阻,得到了不同粗糙度、接觸壓力和界面溫度對(duì)接觸熱阻的影響規(guī)律。Dongmei Bi 等[5]采用瞬態(tài)非接觸式激光光熱法(LPM),測(cè)量了SS 304-AlN、SS 304-Cu 和SS 304-SS 304 在0.2—0.7 MPa、70 K 以上的固體界面接觸熱阻,分析了界面溫度和接觸壓力對(duì)接觸熱阻的影響;Nilles 等[6]研究了4.2 K 到室溫之間無(wú)氧銅表面氧化膜對(duì)界面接觸熱阻的影響,實(shí)驗(yàn)中一組無(wú)氧銅經(jīng)過(guò)表面清潔,而另一組則在空氣中暴露一段時(shí)間使其被氧化。研究表明,材料在組裝過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生表面氧化層而增大其接觸熱阻,與溫度大致呈T-1變化關(guān)系。Schmitt、Dillon等[7-8]對(duì)4.2 K 以下鍍金的銅-銅界面接觸熱阻的研究表明,由于鍍金層有效阻止了銅表面被氧化且金的硬度較低[6],可使銅-銅界面接觸熱阻值降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

目前,針對(duì)材料接觸熱阻的實(shí)驗(yàn)研究大都停留在20 K 以上溫區(qū),而20 K 以下溫區(qū)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少,且未總結(jié)出不同材料接觸熱阻變化的通用規(guī)律。與較高的溫度相比,許多材料在深低溫區(qū)呈現(xiàn)出不同的物性規(guī)律,因此其界面接觸熱阻變化的機(jī)理更為復(fù)雜[9]。在工程應(yīng)用領(lǐng)域,深低溫環(huán)境對(duì)測(cè)溫精度、溫度波動(dòng)和熱損等要求很高,固體界面接觸熱阻的測(cè)試實(shí)驗(yàn)也更加復(fù)雜[10]。因此本研究基于穩(wěn)態(tài)測(cè)試法,采用了一種深低溫環(huán)境下壓力可調(diào)、溫控精準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)成本較低的固體界面接觸熱阻測(cè)試方法,開展了溫度、壓力、熱流和表面粗糙度等參數(shù)對(duì)深低溫區(qū)常用的無(wú)氧銅材料界面接觸熱阻影響的實(shí)驗(yàn)研究,為深低溫區(qū)接觸熱阻機(jī)理探索和工程應(yīng)用提供參考價(jià)值。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試原理

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)在深低溫、高真空環(huán)境下開展,不同工況下固體界面接觸熱阻的測(cè)試需要進(jìn)行多次“回溫-回壓-更換實(shí)驗(yàn)材料-更換實(shí)驗(yàn)工況-抽真空-降溫”等的重復(fù)操作。為增加實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可操作性,采取了一種用于深低溫區(qū)可變工況固體界面接觸熱阻測(cè)試平臺(tái),實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和裝置結(jié)構(gòu)如圖1、圖2 所示。

圖1 深低溫區(qū)固體界面接觸熱阻測(cè)試系統(tǒng)Fig.1 Experimental system of solid interface thermal contact resistance at cryogenic temperature zone

圖2 深低溫區(qū)固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置Fig.2 Test device of solid interface thermal contact resistance at cryogenic temperature zone

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由GM 制冷機(jī)、充氣臺(tái)、真空泵組、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)組成。不同溫度對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)可通過(guò)調(diào)節(jié)GM 制冷機(jī)參數(shù)實(shí)現(xiàn)。不同壓力對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)需在裝置整體真空的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可調(diào)可測(cè),采用從外部對(duì)承壓波紋管充排氣的方式實(shí)現(xiàn)兩固體樣品間正壓力的變化;通過(guò)八根限位螺桿限制裝置的橫向位移和波紋管的形變方向,使外部充氣壓通過(guò)波紋管向樣品軸向傳遞。此外,對(duì)GM 制冷機(jī)末級(jí)冷頭進(jìn)行了改造,使其同時(shí)可搭載多組測(cè)試裝置以減少實(shí)驗(yàn)成本。溫度、壓力和熱流等數(shù)據(jù)采用本課題組自主設(shè)計(jì)的LabVIEW 數(shù)據(jù)采集程序采集。為使熱流量均通過(guò)兩樣品接觸面軸向傳遞,將實(shí)驗(yàn)裝置安裝在真空罐內(nèi),在樣品外包裹絕熱多層材料并設(shè)置防輻射冷屏,其中二級(jí)冷屏溫度和樣品臺(tái)溫度一致。

2.2 溫度一致性分析

實(shí)驗(yàn)樣品的界面接觸熱阻是通過(guò)測(cè)量界面溫度計(jì)算得到的,測(cè)溫精度是決定接觸熱阻測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。為確保溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,采用高精度的Cernox 溫度傳感器測(cè)溫。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)數(shù)據(jù)采集儀的激勵(lì)電流不同時(shí),溫度傳感器的測(cè)溫結(jié)果有較大偏差。為此在制冷機(jī)冷頭的對(duì)稱位置分別采集不同激勵(lì)電流時(shí)溫度傳感器的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)比。測(cè)點(diǎn)布置如圖3 所示,數(shù)據(jù)采集儀的激勵(lì)電流分別為10 μA和100 μA。

圖3 溫度傳感器布置示意圖Fig.3 Layout of temperature sensor

在兩種激勵(lì)電流下,制冷機(jī)冷頭各測(cè)點(diǎn)上溫度傳感器測(cè)得的溫度如圖4、圖5 所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,當(dāng)數(shù)據(jù)采集儀的激勵(lì)電流為10 μA 時(shí),在1、3 和2、4兩對(duì)對(duì)稱測(cè)點(diǎn)上測(cè)得的溫度一致性較高。當(dāng)數(shù)據(jù)采集儀的激勵(lì)電流為100 μA 時(shí),對(duì)稱點(diǎn)位上兩溫度傳感器測(cè)得的溫度一致性較差,測(cè)點(diǎn)1、3 的溫差近0.2 K。當(dāng)激勵(lì)電流較小時(shí),溫度傳感器測(cè)量?jī)蓪?duì)稱位置的溫度偏差更小、一致性更好。由于溫度傳感器為電阻式溫度計(jì),其“電阻-溫度”關(guān)系經(jīng)標(biāo)定后一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)激勵(lì)電流較大時(shí),由于自熱效應(yīng)使其自身溫度升高、電阻減小,進(jìn)而在同一測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)出略高于小激勵(lì)電流下的溫度值。為提高測(cè)量精度,本研究將數(shù)據(jù)采集儀的激勵(lì)電流設(shè)為10 μA 開展測(cè)試實(shí)驗(yàn)。為降低測(cè)溫導(dǎo)線和電纜自身電阻的影響,溫度傳感器采用四線制接線方式布置[11]。

圖4 不同激勵(lì)電流下測(cè)點(diǎn)1、3 的溫度Fig.4 Temperature at points 1 and 3 under different excitation currents

圖5 不同激勵(lì)電流下測(cè)點(diǎn)2、4 的溫度Fig.5 Temperature at points 2 and 4 under different excitation currents

2.3 溫度穩(wěn)定性分析

在確保測(cè)溫精度的前提下,溫度波動(dòng)及其穩(wěn)定性亦是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。由于GM 制冷機(jī)回?zé)崾降奶厥庵评浞绞?其末級(jí)在4.2 K 時(shí)的溫度波動(dòng)約為±200 mK[12],在低溫環(huán)境下可能引起相當(dāng)大的測(cè)量誤差,在兩固體樣品界面本就幾百毫開的小溫差下該波動(dòng)造成的誤差是致命的。4 K 附近樣品溫度波動(dòng)可接受的范圍在10 mK 以內(nèi)。本研究基于多層熱阻法(被動(dòng)控制法)采用多層不銹鋼片對(duì)GM 制冷機(jī)自身的溫度波動(dòng)進(jìn)行抑制。抑制GM 制冷機(jī)冷頭溫度波動(dòng)后,制冷機(jī)冷頭上被冷卻物體的溫度波動(dòng)A1可表達(dá)為[13]:

式中:A1為冷頭上被冷卻物體的溫度波動(dòng)(波峰-波谷);A0為制冷機(jī)末端冷頭溫度波動(dòng)(波峰-波谷);δ為冷頭不測(cè)溫銅塊之間的厚度,m;f表示特征頻率,Hz;ρ為被冷卻物體的密度,kg/m3;c為被冷卻物體的比熱容,J/(kg·K);λ為有效導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K)。在此模型中,λ可以等效為:

式中:RTCR為接觸熱阻,m2·K/W;RC為不銹鋼的導(dǎo)熱熱阻,m2·K/W。由以上兩式,當(dāng)制冷機(jī)末端冷頭溫度波動(dòng)頻率、被冷卻物體的密度和比熱容不變時(shí),被冷卻物體的溫度波動(dòng)隨不銹鋼片厚度的增大和傳熱熱阻的增大而減小。對(duì)于不同厚度和數(shù)量的不銹鋼片阻尼器,其總厚度越大、疊片數(shù)量越多,則總傳熱熱阻越大,被冷卻物體的溫度波動(dòng)越小。實(shí)驗(yàn)中采用10 片單片厚度為1 mm 即總厚度為10 mm 的不銹鋼片可將樣品溫度波動(dòng)抑制在±1.5 mK 以內(nèi),如圖6 所示。

圖6 溫度波動(dòng)抑制結(jié)果Fig.6 Temperature fluctuation suppression results

3 無(wú)氧銅界面接觸熱阻實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3.1 熱流對(duì)無(wú)氧銅界面接觸熱阻的影響

通過(guò)界面熱流大小不同的情況下,無(wú)氧銅材料界面接觸熱阻隨界面溫度的變化如圖7 所示,材料粗糙度Ra為0.8 μm、界面壓力為0.67 MPa。如圖所示,界面平均溫度一定時(shí),界面熱流的變化對(duì)界面接觸熱阻的影響非常小。當(dāng)兩樣品被制冷機(jī)冷卻至溫度穩(wěn)定后形成一定的傳熱溫差,施加額外的軸向熱流會(huì)增大末級(jí)負(fù)載,導(dǎo)致一定的溫升使界面接觸熱阻減小。隨著樣品溫度的升高,改變界面熱流引起的溫升占比減小,對(duì)界面接觸熱阻的影響變得更加不明顯。因此,界面熱流是通過(guò)引起界面溫度的微小變化間接影響界面接觸熱阻的,并非從本質(zhì)上強(qiáng)化界面?zhèn)鳠峄蚋淖儾牧系谋砻嫣卣?。盡管如此,實(shí)驗(yàn)中仍需對(duì)界面施加適當(dāng)?shù)臒崃?。界面熱流過(guò)高意味著更大的界面溫差,造成更大的界面平均溫度誤差;在低溫環(huán)境下,樣品界面溫差在沒(méi)有一定界面熱流的作用時(shí)會(huì)很小,容易增加測(cè)量誤差。因此在實(shí)際情況中應(yīng)根據(jù)各方面因素選擇合適的界面熱流大小。

圖7 不同熱流時(shí)無(wú)氧銅接觸熱阻隨溫度的變化Fig.7 Thermal contact resistance of oxygen-free copper changes with temperature under different heat fluxes

3.2 表面粗糙度對(duì)無(wú)氧銅界面接觸熱阻的影響

為研究無(wú)氧銅材料表面粗糙度對(duì)其界面接觸熱阻的影響,采用表面粗糙度分別為0.8 μm、1.2 μm、1.88 μm 的無(wú)氧銅進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),得到不同粗糙度下界面接觸熱阻隨界面溫度的變化情況,如圖8 所示。當(dāng)界面平均溫度和壓力一定時(shí),無(wú)氧銅材料界面接觸熱阻隨其表面粗糙度的增大而增大。接觸熱阻是由兩界面接觸不完全引起的,因此當(dāng)粗糙度大時(shí),材料表面的凸點(diǎn)更少、凸峰更高,既減小了兩界面實(shí)際接觸面積、加劇了熱流收縮,同時(shí)增加了界面間距、增大了傳熱溫差。當(dāng)界面溫度約為12 K 時(shí),無(wú)氧銅材料表面粗糙度為0.8 μm、1.2 μm 和1.88 μm 時(shí)的界面接觸熱阻分別為10.127 0 ×10-3m2·K/W、18.905 9 ×10-3m2·K/W 和45.648 9 ×10-3m2·K/W;而界面溫度約為20 K 時(shí),其界面接觸熱阻分別為2.642 6 ×10-3m2·K/W、8.419 7 ×10-3m2·K/W 和19.718 4 ×10-3m2·K/W。界面平均溫度越高,粗糙度變化對(duì)界面接觸熱阻的影響相對(duì)越小。通常在無(wú)氧銅材料使用前會(huì)進(jìn)行打磨、鍍金或涂抹界面材料等方式增大界面實(shí)際接觸面積從而減小界面接觸熱阻。

圖8 不同粗糙度時(shí)無(wú)氧銅接觸熱阻隨溫度的變化Fig.8 Thermal contact resistance of oxygen-free copper changes with temperature under different roughness

3.3 溫度對(duì)無(wú)氧銅界面接觸熱阻的影響

低溫下材料物性隨溫度的變化規(guī)律往往較常溫有所差別,界面平均溫度是影響界面接觸熱阻重要的因素。前節(jié)已對(duì)無(wú)氧銅材料不同界面熱流和材料表面粗糙度下接觸熱阻的變化規(guī)律進(jìn)行了分析,顯然在界面平均溫度不同時(shí)各參數(shù)對(duì)界面接觸熱阻的影響程度也有所不同。為了探究溫度對(duì)無(wú)氧銅材料界面接觸熱阻的影響規(guī)律,同時(shí)更加清晰地對(duì)比其界面接觸熱阻受不同參數(shù)的影響情況,得出無(wú)氧銅材料在不同界面熱流(7.5 mW、10.5 mW 和14 mW)和材料表面粗糙度(0.8 μm、1.2 μm、1.88 μm)參數(shù)組合下的界面接觸熱阻如圖9 所示。

圖9 不同參數(shù)下無(wú)氧銅接觸熱阻隨溫度的變化Fig.9 Thermal contact resistance of oxygen-free copper changes with temperature under different parameters

隨著溫度的上升,粒子熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈,材料界面晶格振動(dòng)加劇,傳熱過(guò)程更加順暢;其次界面溫度上升使固體材料界面硬度減小,增大了兩界面的實(shí)際接觸面積;溫度升高同時(shí)強(qiáng)化了界面間的輻射傳熱。因此如圖9 所示,界面接觸熱阻隨溫度的升高均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì);在相同條件下,溫度越高界面接觸熱阻減小趨勢(shì)越緩。以界面熱流為10.5 mW 為例,溫度從6 K 升高到20 K 左右,無(wú)氧銅材料在不同表面粗糙度條件下的界面接觸熱阻分別由34.271 8 ×10-3m2·K/W、53.396 8 ×10-3m2·K/W 和99.558 5 ×10-3m2·K/W 減小至2.642 6 × 10-3m2·K/W、8.419 7 ×10-3m2·K/W 和19.718 4 ×10-3m2·K/W,減幅為92.29%、84.23% 和80.19%。另外根據(jù)①②③、④⑤、⑥⑦3 組曲線可進(jìn)一步證實(shí),在其余條件相同的情況下界面熱流值對(duì)接觸熱阻測(cè)試結(jié)果幾乎沒(méi)有影響,盡管在不同工況下存在一定的測(cè)量誤差,但該影響也僅限于對(duì)界面溫度和溫差的微小擾動(dòng)。兩者相比,直接影響無(wú)氧銅材料表面性質(zhì)的粗糙度值對(duì)界面接觸熱阻的大小起關(guān)鍵作用。

為比較材料性質(zhì)的特殊性,實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不銹鋼材料在特定工況下接觸熱阻隨溫度的變化曲線,如圖10 所示。相同條件下,不銹鋼材料間的界面接觸熱阻比無(wú)氧銅材料高很多。特殊的是,不銹鋼材料的界面接觸熱阻值在10—15 K 區(qū)間內(nèi)存在極大值點(diǎn),極大值點(diǎn)后接觸熱阻值隨溫度變化規(guī)律與無(wú)氧銅材料的相似,但粗糙度對(duì)界面接觸熱阻的作用受溫度影響更為明顯。這是兩種材料各自在低溫下結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的特殊性導(dǎo)致的結(jié)果,不銹鋼材料界面接觸熱阻出現(xiàn)極值的原因有待從微觀角度進(jìn)一步研究分析。為進(jìn)一步驗(yàn)證無(wú)氧銅和不銹鋼材料界面接觸熱阻在高于20 K 時(shí)的變化規(guī)律,實(shí)驗(yàn)測(cè)試了20—40 K 溫區(qū)兩材料在特定條件下的接觸熱阻,如圖11 所示。兩材料界面接觸熱阻仍符合隨溫度的升高而減小的規(guī)律,且曲線未出現(xiàn)特殊點(diǎn),與前述結(jié)論吻合。在此溫區(qū)內(nèi),無(wú)氧銅材料的界面接觸熱阻比不銹鋼材料的更小、傳熱效果更好,從傳熱性能角度而言是更優(yōu)的導(dǎo)熱材料。

圖10 不同參數(shù)下不銹鋼接觸熱阻隨溫度的變化Fig.10 Thermal contact resistance of stainless steel changes with temperature under different parameters

圖11 20—40 K 溫區(qū)無(wú)氧銅、不銹鋼材料界面接觸熱阻隨溫度的變化Fig.11 Thermal contact resistance of oxygen-free copper and stainless steel change with temperature from 20 to 40 K

3.4 壓力對(duì)無(wú)氧銅界面接觸熱阻的影響

對(duì)界面施加不同的軸向壓力時(shí),無(wú)氧銅材料界面接觸熱阻的變化情況如圖12 所示,界面接觸熱阻隨界面壓力的增大而減小。當(dāng)界面壓力增大時(shí),改變了固體表面凸點(diǎn)的形變程度,同時(shí)兩表面由于擠壓使彼此的凹凸峰相互交錯(cuò),進(jìn)一步增大了接觸,從而使接觸熱阻減小。結(jié)合溫度對(duì)界面接觸熱阻的影響分析,界面壓力對(duì)界面接觸熱阻的影響相對(duì)比較小。當(dāng)T=20 K、Q=7.5 mW 時(shí),壓力由0.67 MPa 增大至2.8 MPa,無(wú)氧銅材料接面接觸熱阻僅從約20.863 5 ×10-3m2·K/W 減小到18.264 5 ×10-3m2·K/W,減幅僅為約12.46%;其余條件不變,當(dāng)T=6 K 時(shí),減幅也僅有11.52%。對(duì)比曲線①、③和曲線②、④,由界面熱流引起的微小溫差變化對(duì)接觸熱阻產(chǎn)生的影響效果甚至大于界面壓力變化帶來(lái)的影響,即在此壓力區(qū)間內(nèi)溫度的影響相對(duì)大得多。

圖12 不同參數(shù)下無(wú)氧銅接觸熱阻隨壓力的變化Fig.12 Thermal contact resistance of oxygen-free copper changes with pressure under different parameters

由于各變量從本質(zhì)上均通過(guò)改變傳熱過(guò)程或表面狀態(tài)而影響接觸熱阻的,多個(gè)參數(shù)的作用效果有所重疊。圖12 中的曲線也表明,隨著界面正壓力的增大,溫度對(duì)界面接觸熱阻的影響程度也會(huì)略微減小。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)優(yōu)先從對(duì)界面接觸熱阻影響大的參數(shù)入手進(jìn)行控制。

4 總結(jié)與展望

本研究主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了深低溫區(qū)無(wú)氧銅材料的界面接觸熱阻隨溫度、壓力、界面熱流和材料表面粗糙度的變化規(guī)律。界面熱流不是引起界面接觸熱阻變化的本質(zhì)原因,但一定程度上施加適當(dāng)?shù)臒崃饔欣跍p小測(cè)量偏差。對(duì)于無(wú)氧銅材料而言,其界面溫度升高、壓力增大、表面粗糙度減小時(shí)界面接觸熱阻越小。其中,溫度和表面粗糙度是影響其界面接觸熱阻的關(guān)鍵因素。當(dāng)溫度由20 K 附近降低至4 K 附近時(shí),無(wú)氧銅界面接觸熱阻迅速升高,在此溫區(qū)內(nèi)其變化都在4 倍以上;該溫區(qū)內(nèi)表面粗糙度由0.8 μm增加到1.88 μm 時(shí),其界面接觸熱阻也將增加3—7倍不等;而在0.67—2.8 MPa 壓力范圍內(nèi)接觸熱阻的變化僅在10% 左右。在特定應(yīng)用中,溫度往往由制冷需求和性能決定。因此強(qiáng)化無(wú)氧銅材料的傳熱性能應(yīng)重點(diǎn)從改善其表面狀態(tài)考慮,如打磨、鍍金、填充界面材料等。在相同條件下,不銹鋼材料的界面接觸熱阻在4 K 附近與無(wú)氧銅相近;而隨著溫度的升高二者差距增大,不銹鋼界面接觸熱阻通常是無(wú)氧銅的2倍以上。在此條件下無(wú)氧銅材料是傳熱性能更佳的選擇。

深低溫環(huán)境極高的冷量品質(zhì)使傳熱損失的代價(jià)大幅放大。本研究對(duì)比分析了深低溫環(huán)境兩種常用材料無(wú)氧銅和不銹鋼的界面接觸熱阻,但深低溫區(qū)接觸熱阻的微觀機(jī)理還有待進(jìn)一步研究,高傳熱性能的界面導(dǎo)熱材料也有待發(fā)掘。無(wú)氧銅材料的界面接觸熱阻在更低溫區(qū)是否存在類似于不銹鋼材料的極值現(xiàn)象,也更應(yīng)從微觀機(jī)理角度深入研究并用以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。