添加热界面材料以显著降低中子源内靶材与换热器间热接触阻

加速器中子源内靶件与换热器间的高接触热阻导致热沉积在靶件内，靶件温度进一步升高将导致靶件液化从而影响稳定同位素的形成。我们设计了真空高温环境下的稳态法接触热阻测量实验，通过在接触面加入石墨薄膜、导热硅脂、液态金属、焊料以及附加载荷来降接触热阻。本文分别测量了钯(Pd)、铜(Cu)和石墨(Gr)接触面的接触热阻及其改善情况，结果表明，液态金属和导热润滑脂都能很好地填充接触间隙，但流态化的液态金属并不适用于实际工况，导热润滑脂具有导热系数低、涂层厚度不可控的缺点。在接触面间添加石墨薄膜，加热温度达到80℃时，Pd/Gr和Cu/Gr之间的接触热阻分别降低了57%和77%，当加热温度达到900℃时，分别降低了59%和76%。附加15.9 ~ 318.3 kPa预紧力对接触热阻的影响不明显。真空高温环境下，在辐射换热随接触面温度升高而增大以及金属蠕变使实际接触面积增大的共同作用下，接触热阻随温度的升高而降低。该研究成果将为解决同位素中子源加速器的热扩散瓶颈提供理论和实验指导。

图 接触热阻实验测量系统(a)室温测量系统，(b)高温测量系统

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0017931024001893