通过实验室压力机施加机械载荷，从根本上改变了两种金属之间的微观界面。它迫使表面紧密接触，以克服微观粗糙度，增加直接接触面积并减薄绝缘间隙，从而显著提高导热性。
导热的主要障碍不是金属本身，而是“接触电阻”，这是由不完美的接触引起的。机械压力会使表面不规则处变形，形成更多直接的高导热通路，同时压缩低导热的流体层，从而形成统一的热界面。
克服界面电阻
增加直接接触点
即使是抛光过的金属表面，如钢或铜，在微观上也是粗糙的。在没有压力的情况下，它们仅在最高的峰值处接触，这些峰值被称为“粗糙度”。
机械载荷迫使这些表面紧密接触，物理上使峰值变形。这大大增加了金属原子之间直接接触点的数量。
这些点充当“桥梁”，使热量能够直接从一种高导热的固体流向另一种，而无需穿过绝缘间隙。
降低接触电阻
当接触仅限于几个点时，热流线必须挤压在一起才能通过这些点。这种现象被称为接触电阻。
通过施加压力，可以增加总接触面积，从而有效地拓宽热量可以通过的“门”。
这减少了瓶颈效应，从而实现了金属之间更平滑、阻力更小的热能传递。
压缩间隙流体
表面峰值之间的间隙通常被流体填充，例如空气或油。与镍或铜等金属相比，这些流体的导热性通常较低。
施加的压力会压缩这些夹在界面间隙中的流体层的厚度。
较薄的流体层对热流的阻力较小，从而提高了异种材料界面上的总传热通量。
理解权衡
弹性极限
虽然增加压力可以提高导热性，但存在一个由材料特性决定的物理极限。
施加的载荷超过较软金属（例如，钢铜对中的铜）的屈服强度时，会发生永久性的塑性变形。这可能有利于最大化接触，但会永久改变样品的几何形状。
收益递减
压力与导热性之间的关系不是无限的；它遵循收益递减的曲线。
一旦表面足够紧密地贴合，使得“接触电阻”最小化且流体间隙可以忽略不计，那么增加更多压力所带来的热效益就会很小。
为您的目标做出正确选择
为了优化金属界面的热性能，请考虑以下方法：
- 如果您的主要重点是最大化热传递：在设备的安全限制内施加尽可能高的机械载荷，以最大化接触点并最小化流体间隙厚度。
- 如果您的主要重点是样品保存：施加足够的载荷以建立接触，但在达到较软金属的屈服点之前停止，以避免永久变形。
目标是利用机械力将两个独立的表面变成一个单一的、热效率高的系统。
总结表：
| 机制 | 对导热性的影响 | 结果 |
|---|---|---|
| 粗糙度变形 | 增加直接接触点（桥梁） | 更高的固-固热流 |
| 门拓宽 | 降低接触电阻 | 最小化热瓶颈 |
| 流体压缩 | 减薄绝缘空气或油层 | 较低的界面热阻 |
| 压力缩放 | 遵循收益递减曲线 | 最佳载荷最大化效率 |
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参考文献
- Rachid Chadouli, Makhlouf Mohammed. Modeling of the thermal contact resistance of a solid-solid contact. DOI: 10.9790/1684-11527282
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
