ДИАГНОСТИКА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОТЕПЛОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Герасютенко В.В., Кораблев В.А., Минкин Д.А., Шарков А.В. Диагностика теплофизических свойств и контроль качества изделий из высокотеплопроводных материалов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 1. С. 82–86. doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-1-82-86

Предмет исследования. Предложен метод выявления дефектов в изделиях из высокотеплопроводного материала и определения теплопроводности изделия путем бесконтактной невозмущающей тепловизионной макросъемки. Метод. Согласно предложенному методу производится локальный нагрев и последующее охлаждение изделия, измеряются температурные поля его поверхностей. Метод выявления дефектов основан на анализе температурных полей. Основные результаты. Разработана экспериментальная установка, состоящая из измерительной ячейки исследуемого образца, на одном крае которого устанавливается охладитель, на противоположном крае монтируется электрический нагреватель. Исследуемые образцы представляли собой пластины размером 120×602× мм из карбида кремния с алмазным заполнением. Проведена тепловизионная съемка образцов. Диапазон нагрева образцов: от 10 до 90 °С. Исследуемые образцы находились в двустороннем лучисто-конвективном теплообмене с окружающей средой. Получены термограммы с результатами тепловизионной съемки, выполнено сравнение распределения температуры на образце. В образце с дефектом в виде трещины наблюдалось ступенчатое изменение температуры в области трещины, в образца без дефекта – равномерный градиент температуры. Практическая значимость. Предложенный метод тепловизионной съемки является неразрушающим и позволяет бесконтактно контролировать качество изделий радиоэлектронной техники, а также их теплофизические свойства. По градиенту температур и измеренным значениям теплового потока определяется теплопроводность исследуемого образца. Метод предназначен для исследования высокотеплопроводных (с теплопроводностью выше 200 Вт/(м·К)) керамических материалов. При проведении тепловизионной съемки необходимо обеспечить высокий коэффициент излучения наблюдаемой поверхности исследуемого образца, например, нанеся краску с коэффициентом излучения не менее 0,95 или покрыв поверхность сажей.

1. Катаев C., Сидоров В., Гордеев С. Алмаз-карбидный композиционный материал «Скелетон» для теплоотводов в изделиях электронной техники // Электроника: наука, технология, бизнес. 2011. № 3. С. 60–64.
2. Гордеев С.К., Корчагина С.Б., Мезенцев М.А., Каримбаев Т.Д. Алмаз-карбидокремнивые композиты «Скелетон»: строение, свойства, перспективы применения // Материалы II Международного технологического форума «Инновации.Технологии. Производство». Рыбинск, 2015.
3. Поляков В.П., Ножкина А.В., Чириков Н.В. Алмазы и сверхтвердые материалы. Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1990. 327 с.
4. Зенин В.В., Колбенков А.А., Стоянов А.А., Шарапов Ю.В. Материалы для силовых полупроводниковых приборов и модулей // Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника. Воронеж, 2013. С. 124–130.
5. Willander M., Friesel M., Wahab Q., Straumal B. Silicon carbide and diamond for high temperature device applications // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2006. N 17. P. 1–25. doi: 10.1007/s10854-005-5137-4
6. Сидоров В.А., Катаев С.В. Конструкционные материалы с высокой теплопроводностью для теплоотводов в изделиях электронной техники // Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2011. № 2. С. 81–90.
7. Бородин Д.А., Кораблев В.А., Минкин Д.А., Шарков А.В. Тепловизионная дефектоскопия высокотеплопроводных материалов // Сборник трудов конференции Sensorica-2014. Санкт-Петербург, Университет ИТМО, 2014. С. 60–61.
8. Нестерук Д.А., Вавилов В.П. Тепловой контроль и диагностика. Учебное пособие. Томск, 2007. 111 с.
9. Minkina W., Dudzik S. Infrared Thermography: Errors and Uncertainties. Wiley, 2009. 191 p.
10. Будадин О.Н., Потапов А.И., Колганов В.И., Троицкий-Марков Т.Е. Тепловой неразрушающий контроль изделий. М.: Наука, 2002. 473 с.
11. Вавилов В.П. Тепловой неразрушающий контроль материалов и изделий // Дефектоскопия. 2017. № 10. С. 34–57.
12. Чуриков А.А., Конышева Н.А., Шишкина Г.В. Проектирование оптимального режима проведения неразрушающего теплового контроля малогабаритных изделий // Вестник ТГТУ. 2016. Т. 22. № 1. С. 6–14. doi: 10.17277/vestnik.2016.01.pp.006-014
13. Aldave I.J., Bosom P.V., Gonzalez L.V., de Santiago I.L., Vollheim B., Krausz L., Georges M. Review of thermal imaging systems in composite defect detection // Infrared Physics and Technology. 2013. V. 61. P. 167–175. doi: 10.1016/j.infrared.2013.07.009
14. Вавилов В.П. Неразрушающий контроль: Справочник. Т. 5. Тепловой контроль / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2004. 679 с.
15. Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. М.: Спектр, 2009. 544 с.
16. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. M-Л.: Энергия, 1965. 424 с.
17. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. Л.: Энергия, 1968. 360 с.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License