随着5G时代到来，对电子设备及材料提出了更高的要求。5G信号发射频率高，设备温度耗散性能要求高，材料的导热性能成为了评价5G材料的重要指标。

材料导热性能的提高，主要原理是增加材料内部微观结构中的导热通路，一般采用两种方式，一种是高分子基材本体结构的影响，如结晶性聚合物可通过对材料施加外力，高分子链的结构会沿着外力的方向进行排列，形成连续的短切晶桥，当热量沿着外力方向传播时可获得很高的导热系数，从而改善聚合物材料的传热能力。对于非晶态的聚合物来说，在受力后不仅可以形成取向，而且可以使高分子的自由体积受迫变小使内部更紧密，从而减弱延取向方向的声子散射，提高导热性能。

二是添加导热填料，高的填充系数必将获得更高的导热系数。当填充量变大时，导热粒子之间接触的可能性变大，一旦形成连续的粒子连通相导热系数将快速提升。同时填料的几何形态对材料的导热系数是非常明显的，同种粒子通常会有不同的形貌，一般来说长径比大的填料更易取向排列形成导热通路。如将碳纤维填充到聚丙烯中并沿轴向取向，其轴向导热系数随体积分数变化非常明显，但垂直方向的导热系数基本上毫无变化。

在测量材料的导热系数过程中，除了考虑仪器状态、实验条件外，还要考虑到试样本身因素对测试的影响，因为试样的厚度和处理的方式直接影响了导热性能的测试结果。聚合物在两个方向上，产生了各向异性。由于复合材料的导热系数会受到基体和填料结构特性的影响，通常需要分别测试Z轴和X轴不同方向的导热性能，如图1所示。以复合材料为例，利用激光闪射导热仪对材料导热性能进行测试，其原理是一束激光能量在试样内部沿着Z轴和X轴两个方向进行能量传导。

图1测试方向图

当进行样品Z轴方向上测试，一定的设定温度 T（恒温条件）下，由激光源（或闪光氙灯）在瞬间发射一束光脉冲，均匀照射在样品下表面，使其表层吸收光能后温度瞬时升高，并作为热端将能量以一维热传导方式向冷端（上表面）传播，使用红外检测器连续测量上表面中心部位的相应温升过程，如图2右图所示。

图2导热测试图（坐图为样品和支架图，右图为测试原理图）

但由于样品（samples）X轴方向的接触面激光光源在下方，只能从下往上垂直发射激光，导致红外检测无法检测沿着Z轴方向传到X轴方向上中心区域的能量，以上情况是只针对于聚合物材料来说，如图2左图所示。然而，当前X轴裁样方法多为手工裁剪，存在样品尺寸大小和厚度不均一、拼接面不平整、耗时厂等问题，因此，探究X轴方向材料样品制备方法对多向异性的导热材料研发至关重要。

1、试验方案

本案例将采用LFA467激光闪射导热仪测定材料导热系数不同方向上的热扩散系数。通过激光闪射覆盖试样下表面，热量以一维传热的方式通过试样，检测器测试样上表面发生的温度变化，计算到达最大温升所需时间的一半（t1/2），按公式（1）α =0.13879d2 /t1/2计算热扩散系数。另外，按公式（2）λ = α•CP•ρ计算试样的导热系数，理想曲线如图3所示。（d：样品厚度；T50：半升温时间；Cp：样品在温度T时的比热；ρ：密度）

图3理想升温和分析参数关系图

由公式可见，样品厚度是影响材料热扩散系数的重要因素。而对于X轴方向的裁样的难点就在于保证厚度均一性和每一片试样的平整性，这可能会导致激光导热测试出现漏光的情况，进而影响测试的数据拟合。

所以，本试验将对雕刻机在特殊制样方法进行开发，分别对待测样品进行Z轴和X轴方向上的裁样，这样既减少了实验的误差，也保证了每一个小样拼接起来的尺寸是一致的。

2、试验设备

Ø 普通样品台

 图6 方形样品支架         图7 圆形样品支架

Ø 特殊样品台

图8 X轴方向测试样品支架

3、雕刻机裁样结果

Z轴方向上的试样：尺寸∅12.7mm，如图9所示

图9 Z轴方向样品示意图

X轴方向上的试样：尺寸12.7mm

将样品在平面上一片片切开，把切开试样竖起来叠加在特殊类型的样品支架中，然后使用砂纸对试样进行打磨，得到一块X轴方向上的待测样品，如图10所示。

图10 X轴方向样品示意图

对切割样进行检查和分析，如表所示，实验Z轴方向裁样尺寸相对平均偏差＜6%，实验X轴方向裁样厚度相对平均偏差＜1.5%，均小于10%，对测试结果影响较小，符合样品使用要求。

3.1 Z轴方向

表1 示例实验Z轴方向裁样尺寸相对平均偏差表

3.2 X轴方向

表2 示例实验X轴方向裁样厚度相对平均偏差表

4、LFA激光闪射导热测试及数据拟合结果

本试验选取了五个温度点测试样品，在不同方向上导热系数的变化情况，测试结果如下：

4.1试样Z轴方向上的导热系数测试

图11 示例实验Z轴方向测试结果

4.2试样X轴方向的导热系数测试

图12 示例实验X轴测试结果线性分析

图13 示例实验X轴方向测试结果线性关系

图14示例实验Z轴和X轴方向测试不同温度下测试导热系数关系

实验表明：

a) 不同方向上测试的导热系数有显著性差异，在试样制备过程中需对不同方向裁样的尺寸和厚度进行严格控制。

b) 对于雕刻机在制样上的使用已经进行了对导热试样Z轴方向和X轴方向的裁剪，一定程度上保证了试样尺寸大小和厚度偏差小于1%（如表1和2所示）。

c) 利用雕刻机对X轴方向上的裁样大大缩减了时间，相比于手动裁样， 可以减少人工，提高资源利用率。

d) 一定范围内保证X轴方向上裁得每一片小样厚度的均一。

因此，说明利用雕刻机进行X轴方向裁样是可行的。

5、总结：

在今后的X轴方向上的导热测试，利用雕刻机进行制样可以保证样品的尺寸大小、厚度均一及表面平整等，减少了测试人工的输出，使测试结果真正可靠的同时，也提高测试效率。