GBT 40540-2021 航天器用导热硅脂规范

书书书犐犆犛４９．０２５．９９犆犆犛犞１３!#$%&’’()*犌犅／犜４０５４０—２０２１!#$%&’()*犛狆犲犮犻犳犻犮犪狋犻狅狀犳狅狉狊犻犾犻犮狅狀犲犵狉犲犪狊犲狋犺犲狉犿犪犾犳犻犾犾犲狉狅犳狊狆犪犮犲犮狉犪犳狋２０２１０８２０+,２０２２０３０１-.’(+,-./012’()*3/0456+,书书书前　　言　　本文件按照ＧＢ／Ｔ１．１—２０２０《标准化工作导则　第１部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ４２５）提出并归口。本文件起草单位：北京空间飞行器总体设计部，中国航天标准化研究所。本文件主要起草人：苗建印、李文君、任校志、王录、刘畅、李国广、米珉、吴琪、许冬彦、任驰、李航宇、林海波、张兴超、周静怡、郑伟。Ⅰ犌犅／犜４０５４０—２０２１航天器用导热硅脂规范１　范围本文件规定了航天器用导热硅脂的技术要求、检验方法、检验规则、包装和标志、运输和贮存。本文件适用于航天器用导热硅脂（以下简称导热硅脂）的检验、交收和使用。２　规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＧＢ／Ｔ２６９　润滑脂和石油脂锥入度测定法ＧＢ／Ｔ８９２８　固体和半固体石油沥青密度测定法ＧＢ／Ｔ３４５１７　航天器用非金属材料真空出气评价方法ＨＧ／Ｔ２５０２　５２０１硅脂ＳＨ／Ｔ０３２４　润滑脂钢网分油测定法（静态法）３　术语和定义ＧＢ／Ｔ２６９和ＧＢ／Ｔ３４５１７界定的以及下列术语和定义适用于本文件。３．１接触传热系数　狋犺犲狉犿犪犾犮狅狀狋犪犮狋犮狅狀犱狌犮狋犪狀犮犲犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋两接触面之间单位面积、单位温差、单位时间的传热量，单位为Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。３．２可凝挥发物含量　犮狅犾犾犲犮狋犲犱狏狅犾犪狋犻犾犲犮狅狀犱犲狀狊犪犫犾犲犿犪狋犲狉犻犪犾犮狅狀狋犲狀狋；犆犞犆犕材料取样在规定的温度和真空条件下，经过给定的温度和时间所收集的表面上可凝结的挥发物的质量与样品的初始质量的比值，通常以百分比表示。　　注：可凝挥发物含量的英文缩写ＣＶＣＭ为国内通用使用规则。３．３总质量损失率　狋狅狋犪犾犿犪狊狊犾狅狊狊狉犪狋犲；犜犕犔含有可凝挥发物的材料的取样，在规定的温度和真空条件下，给定的时间内损失的总质量与样品的初始质量的比值，通常以百分比表示。　　注：总质量损失率的英文缩写ＴＭＬ为国内通用使用规则。４　技术要求４．１　组成导热硅脂为有机硅材料化合物和氧化锌等无机填料的组合物。１犌犅／犜４０５４０—２０２１４．２　性能４．２．１　颜色和外观导热硅脂一般为白色均质膏状物，无颗粒状物质及其他杂质。４．２．２　密度导热硅脂的密度一般小于４．０×１０３ｋｇ／ｍ３。４．２．３　锥入度导热硅脂的锥入度为１７０（０．１ｍｍ）～２５０（０．１ｍｍ）。４．２．４　分油量导热硅脂的分油量不大于１．０％。４．２．５　可凝挥发物含量（犆犞犆犕）导热硅脂的ＣＶＣＭ不大于０．１％。４．２．６　总质量损失率（犜犕犔）导热硅脂的ＴＭＬ不大于１．０％。４．２．７　接触传热系数按照附录Ａ的测量方法，导热硅脂接触传热系数应不小于２．０×１０４Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。４．２．８　耐辐射性能导热硅脂经过辐照试验后，接触传热系数应符合４．２．７的要求。４．２．９　耐冷热交变性能导热硅脂经过热循环后，接触传热系数应符合４．２．７的要求。５　检验方法５．１　颜色和外观在导热硅脂不同位置选取三份少量样品，涂于洁净的玻璃片（或色泽均匀的金属片）上，目视观察。５．２　密度按ＧＢ／Ｔ８９２８规定测定。５．３　锥入度按ＧＢ／Ｔ２６９的规定测定。５．４　分油量按ＳＨ／Ｔ０３２４的规定测定。２犌犅／犜４０５４０—２０２１５．５　可凝挥发物含量（犆犞犆犕）按ＧＢ／Ｔ３４５１７的规定测定。５．６　总质量损失率（犜犕犔）按ＧＢ／Ｔ３４５１７的规定测定。５．７　接触传热系数按附录Ａ的规定测定。５．８　耐辐射性能辐照试验：辐照总剂量、剂量率依据任务书规定的技术条件执行。５．９　热循环试验热循环试验：按照如下条件执行或者依据任务书规定的技术条件执行。鉴定级热循环试验条件为：ａ）　压力：正常环境压力；ｂ）　高温：８０℃或工作温度上限＋１５℃（容差：０℃～４℃）；ｃ）　低温：－１００℃或工作温度下限－１５℃（容差：－４℃～０℃）；ｄ）　平均升降温速率：３℃／ｍｉｎ～５℃／ｍｉｎ；ｅ）　高低温保持时间：４ｈ或达到平衡温度；ｆ）　循环次数：２５．５次。６　检验规则６．１　检验分类本文件规定的检验分为：ａ）　鉴定检验；ｂ）　交收检验。６．２　检验条件６．２．１　检验环境条件除另有规定外，应在下列环境条件下进行检验：ａ）　温度：１５℃～３５℃；ｂ）　相对湿度：不大于９０％；ｃ）　气压：当地实验室大气压；ｄ）　照度：≥３００ｌｘ。６．２．２　检验仪器及设备一般要求检验用仪器及设备应满足如下要求：ａ）　检验用仪器及设备应经计量部门检定合格，并在有效期内；ｂ）　检验用仪器及设备的量程和精度应满足产品测试要求；３犌犅／犜４０５４０—２０２１ｃ）　被测参数的额定值（或设置量额定值）应在其量程（或设置量可调范围）的１／３～２／３范围内。６．３　鉴定检验６．３．１　导热硅脂在生产过程中首件，配方、工艺改变，及停产两年以上重新生产时应进行鉴定检验。６．３．２　鉴定检验项目、要求和方法见表１。６．３．３　鉴定检验时，从鉴定用产品不同位置随机选取三份样品，样品的颜色和外观符合４．２．１的要求，三份样品的平均值对应表１规定的检验项目（颜色和外观除外）符合４．２．２～４．２．９的要求，则判定为合格。如不满足要求，则判定为不合格。６．４　交收检验６．４．１　交收检验时，从同批次产品不同位置随机选取三份样品，样品的颜色和外观符合４．２．１的要求，三份样品对应表１规定的检验项目（颜色和外观除外）符合４．２．２～４．２．９的要求，判定为合格。如不满足要求，则判定为不合格。６．４．２　交收检验的项目、要求和方法见表１。表１　检验项目和方法序号项目鉴定检验交收检验要求检验方法１颜色和外观●●４．２．１５．５．１２密度●○４．２．２５．５．２３锥入度●—４．２．３５．５．３４分油量●○４．２．４５．５．４５ＣＶＣＭ●○４．２．５５．５．５６ＴＭＬ●○４．２．６５．５．６７接触传热系数●●４．２．７５．５．７８辐照●○４．２．８５．５．８９耐冷热交变性能●○４．２．９５．５．９　　注：●为必检项目，○为可选项目，—为不检项目。７　包装和标志７．１　包装导热硅脂应包装于清洁、干燥、封闭的容器中，包装量一般不大于１ｋｇ，容器的材质可以是塑料、金属等不易碎容器。应附带使用说明书，具体使用说明参见附录Ｂ。７．２　标志导热硅脂的标志应在产品包装容器上，包括以下内容：ａ）　产品名称；ｂ）　批次；ｃ）　产品净重；ｄ）　生产单位名称、生产日期、有效期。４犌犅／犜４０５４０—２０２１８　运输和贮存８．１　运输包装完毕的导热硅脂可通过公路、铁路、水路或航空运输，属于非危险物质。８．２　贮存８．２．１　贮存条件导热硅脂的贮存条件应符合如下要求：ａ）　气压：当地大气压力；ｂ）　温度：－１５℃～４０℃；ｃ）　相对湿度：不大于９０％。８．２．２　贮存期限自生产完成之日起，导热硅脂地面贮存有效期为三年。已开封使用后的导热硅脂再次密封贮存，产品有效期不变。５犌犅／犜４０５４０—２０２１附　录　犃（规范性）接触传热系数测量方法犃．１　测量原理本方法适用于金属固体接触界面添加填充材料时，在一定压力、温度范围及接触面积的条件下接触传热系数的测量。当热量通过两个部件的接触界面并达到热稳定状态时，测量出通过接触界面的热流密度和接触界面两侧的温度降，按照公式（Ａ．１）计算该界面接触传热系数。犺ｃ＝λ（ｄ犜／ｄ狓）ｍΔ犜ｃ…………………………（Ａ．１）　　式中：犺ｃ　　　———接触传热系数，单位为瓦每平方米开［Ｗ／（ｍ２·Ｋ）］；λ———金属柱体热导率，单位为瓦每米开［Ｗ／（ｍ·Ｋ）］；（ｄ犜／ｄ狓）ｍ———金属柱体温度梯度平均值，单位为开每米（Ｋ／ｍ）；Δ犜ｃ———接触界面温度降，单位为开（Ｋ）。犃．２　测量环境实验室环境条件要求如下：ａ）　温度：１０℃～３５℃；ｂ）　湿度：２０％～８０％；ｃ）　气压：当地实验室大气压力。犃．３　测量条件测量条件要求如下：ａ）　确保试样在真空环境，压力优于１０－２Ｐａ；ｂ）　试样接触界面温度范围为：－１００℃～８０℃；ｃ）　压力：试样接触界面压力范围为：０Ｐａ～３０×１０５Ｐａ，针对仪器设备安装用导热填料，推荐测试压力为２×１０５Ｐａ；ｄ）　通过试样接触界面最大热流密度不大于１００Ｗ／ｃｍ２。犃．４　试样制备试样直径２５ｍｍ，长７０ｍｍ金属柱体两件，每个金属柱体上钻有五个直径１ｍｍ，深１２．５ｍｍ安装热电偶的小孔，其分布如图Ａ．１所示。当测量金属固体表面直接接触的传热系数时，试样为与所测金属相同材质，接触界面的平面度和粗糙度均与所测表面状态一致。当测量金属固体表面之间添加填充材料的接触传热系数时，可在金属柱体接触表面上涂一层厚度不大于０．１ｍｍ的填充材料。６犌犅／犜４０５４０—２０２１单位为毫米　　标引序号说明：１———接触表面；２———埋入热电偶的小孔。图犃．１　金属柱体上热电偶安装位置犃．５　测量仪器及装置测量仪器应满足测量精度和量程的要求，经过二级以上计量部门检定合格，并在有效期内使用。测量装置由本体、试验台架、加压系统、加热系统、测温系统、冷却系统组成，测量装置示意图如图Ａ．２所示，其中：ａ）　测量装置的本体由金属柱体及隔热装置组成。隔热装置确保金属柱体上为一维热流；ｂ）　加压系统由步进电机、轴承和压力传感器组成；ｃ）　加热系统由电加热器、稳压电源、控温仪组成；ｄ）　测温系统由热电偶、测温仪组成；ｅ）　冷却系统由冷却器、制冷机、冷却液循环装置组成。７犌犅／犜４０５４０—２０２１　　标引序号说明：　　１———加压装置；２———隔热材料；３———电加热器；４———金属柱体；５———热电偶；６———测试样品；７———隔热装置；８———冷却器及冷却液管路；９———隔热材料。图犃．２　测量装置示意图犃．６　测量步骤测量步骤如下：ａ）　用酒精清洗金属柱体接触端面；ｂ）　安装测量装置及样品，调节接触压力符合测量要求；ｃ）　通恒温冷却液，接通加热器电源及控温仪，并设定加热器温度值；ｄ）　使加压、加热、测温、冷却系统处于正常工作状态；ｅ）　待金属柱体达到热稳定状态后，采集并记录测量数据。热稳定的判据是在半小时的时间间隔内，各点的温度变化值小于０．１℃，稳定后所测量的温度作为计算用数据。犃．７　数据处理用试验数据计算每个金属柱体的温度梯度平均值（ｄ犜／ｄ狓）ｍ，再分别乘以各自的热导率λ，得到的热流密度应当非常接近，计算接触传热系数时，采取他们的平均值。若计算出的两个热流密度相差大于１０％时，说明试样上不是一维导热或测量有误，应改进试验。接触界面温度降Δ犜ｃ以金属柱体热稳定状态的温度分布作图外推求出，如图Ａ．３所示。根据得到的热流密度和温度降，按公式（１）计算接触传热系数。８犌犅／犜４０５４０—２０２１图犃．３　外推求出接触界面温度降示意图犃．８　测量误差在满足下列条件时，接触热阻系数测量的相对误差应优于±６％：ａ）　金属柱体热导率的测量相对误差应不大于３％；ｂ）　金属柱体轴向温度测量相对误差应不大于１．３％；ｃ）　金属柱体上测温点之间距离相对误差应不大于０．３％。９犌犅／犜４０５４０—２０２１附　录　犅（资料性）航天器用导热硅脂使用说明犅．１　功能与用途犅．１．１　导热硅脂的适用温度范围为－１００℃～８０℃。犅．１．２　导热硅脂用于航天器仪器设备的安装、电子设备内部大功率器件的安装。犅．２　导热硅脂填充要求犅．２．１　导热硅脂在使用前应搅拌均匀，目测无游离状态的油存在。犅．２．２　导热硅脂应均匀