什么是热阻，测试标准及方法介绍

随着科技的进步，人们对热量的控制和利用变得越来越重要。热阻和热阻抗是热学研究中重要的概念，他们可以帮助人们更好地了解和控制物体对热量的传导能力和抵抗力。

在导热行业中，导热系数是反映材料导热性能的一项重要参数。但在实际应用中，单单采用导热系数评估产品能否适用往往还不够，我们往往还需要引入另外的参数——热阻或热阻抗来帮助判断。本文将对热阻和热阻抗的定义、计算方法以及与材料厚度的关系进行介绍，以期能更好地理解并应用这两个概念。

热阻的定义

热阻(Thermal Resistance)的定义是：当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。可以理解为热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了 1W热量所引起的温升大小，单位为K/W或℃/W。可以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。热阻和材料的厚度成正比，和材料的面积成反比。

热阻抗(Thermal Impedance)表示的是材料单位面积上的热阻，它的单位是℃·cm2/W或℃·in2/W。与热阻相比，热阻抗的计算多了对面积的考量。热阻是针对单一的材料而言的，而界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。热阻抗和材料的厚度成正比。

接触热阻

当热量流过两个相接触的固体的交界面时，界面本身对热流呈现出明显的热阻，称为接触热阻。产生接触热阻的主要原因是，任何外表上看来接触良好的两物体，直接接触的实际面积只是交界面的一部分（图），其余部分都是缝隙。热量依靠缝隙内气体的热传导和热辐射进行传递，而它们的传热能力远不及一般的固体材料。热流流过交界面时，接触热阻会大大降低传热效率，使沿热流方向温度 T骤降，这种现象是工程应用中需要尽量避免的。

如何减小接触热阻

目前，减小接触热阻的措施主要有：

①增加物体间接触面的压力，使物体交界面上的突出部分变形，从而减小缝隙增大接触面。

②将导热材料填满两物体交界面处的空隙，尽量排出空气，如：采用导热硅脂或导热硅胶片

导热系数反映的是物质在单位体积下的导热能力。实际上它反映了物质导热的固有能力。这种能力是由物质的原子或分子结构决定的。它是评价物质导热能力的参数。

热阻其实是导热系数与物体的几何形状相结合而体现的该形状物体的导热能力。对非均匀厚度的物体，均匀热流密度的热流通过物体后，两端任意两点的温度差可能是不同的，即任意两点间的热阻可能是不同的。热阻必须是指定的两个点之间的热阻，并且两点之间没有其它的热源。它反映的是特定两点间的导热能力，更能反映实际应用时的情况。

热阻的测试标准及方法

目前，业内常用于测试热阻的标准是ASTM D5470，是美国材料试验协会制订的用于测试薄导热固态电绝缘材料热传导性质的表征测试。

本方法是基于测试两平行等温界面中间厚度均匀试样的理想热传导。试样两接触界面施加不同温度，使得试样上下两面形成温度差，促使热流量全部垂直穿过试样测试表面而没有侧面的热扩散。在此测试方法中，试样夹在两金属板中呈现三明治状，加压，施加一定量的热能。当其平衡后，可通过量热计测试并计算热阻。热阻的计算公式如下：

在上周的科普中，我们介绍过这种稳态热板法可以通过热阻反映导热系数，更能模拟产品实际应用中的状态。具体来说，通过单层和多层试样的热阻和试样厚度作曲线得到导热系数。其中X轴为试样的厚度，Y轴为热阻。如果曲线是一条直线的话，那么其斜率就是表观导热系数。在厚度为零处的截距为试样在该压力、加压表面下的界面热阻RI。可以采用最小均方误差算法计算来获得较为准确地斜率和截距。

稳态热板法原理图

LW-9389型界面材料热阻及热传导系数仪（图）

傲川科技有限公司拥有LW-9389型界面材料热阻及热传导系数仪可按照ASTM D5470标准进行热阻与导热系数的测试。

通过理解热阻和热阻抗的定义和计算方法，及其与材料厚度的关系，可以帮助我们更加全面地理解热学的原理，更好地了解和控制物体对热量的传导能力和抵抗力，从而给设计者提供更多的帮助，有效地利用热量，进而更好地实现热设计和控制。