GB/T 40540-2021 航天器用导热硅脂规范

　　ICS 49 . 025 . 99 CCS V 13

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40540—2021

　　航天器用导热硅脂规范

　　Specificationforsiliconegreasethermalfillerofspacecraft

　　2021-08-20 发布 2022-03-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40540—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 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/TC 425)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。

　　GB/T 40540—202 1

　　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/T 269 润滑脂和石油脂锥入度测定法

　　GB/T 8928 固体和半固体石油沥青密度测定法

　　GB/T 34517 航天器用非金属材料真空出气评价方法

　　HG/T 2502 5201 硅脂

　　SH/T 0324 润滑脂钢网分油测定法(静态法)

　　3 术语和定义

　　GB/T 269 和 GB/T 34517 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 thermalcontactconductancecoefficient

　　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 collectedvolatilecondensablematerialcontent;CVCM

　　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 totalmasslossrate;TML

　　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。

　　GB/T 40540—202 1

　　4 . 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 × 103 kg/m3 。

　　4 . 2 . 3 锥入度

　　导热硅脂的锥入度为 170(0.1 mm) ~250(0.1 mm)。

　　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(CVCM)

　　导热硅脂的 CVCM 不大于 0.1%。

　　4 . 2 . 6 总质量损失率(TML)

　　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 × 104 W/(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/T 8928 规定测定。

　　5 . 3 锥入度

　　按 GB/T 269 的规定测定。

　　5 . 4 分油量

　　按 SH/T 0324 的规定测定。

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　　5 . 5 可凝挥发物含量(CVCM)

　　按 GB/T 34517 的规定测定。

　　5 . 6 总质量损失率(TML)

　　按 GB/T 34517 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：4 h 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：≥300 lx。

　　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;

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　　c) 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

　　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 1 kg,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。

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　　8 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。

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　　附 录 A

　　(规范性)

　　接触传热系数测量方法

　　A.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。

　　h …………………………( A.1 )

　　式中：

　　hc — 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)] ;

　　(dT/dx)m — 金属柱体温度梯度平均值，单位为开每米(K/m) ;

　　ΔTc — 接触界面温度降，单位为开(K) 。

　　A.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。

　　A.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- 2 Pa;

　　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：0 Pa~30× 105 Pa,针对仪器设备安装用导热填料，推荐测试压力为 2 × 105 Pa;

　　d) 通过试样接触界面最大热流密度不大于 100 W/cm2 。

　　A.4 试样制备

　　试样直径 25 mm,长 70 mm 金属柱体两件，每个金属柱体上钻有五个直径 1 mm,深 12.5 mm 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 .1 mm 的填充材料。

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　　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 A.1 金属柱体上热电偶安装位置

　　A.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。

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　　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 A.2 测量装置示意图

　　A.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。

　　A.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(dT/dx)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 ΔTc 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。

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　　图 A.3 外推求出接触界面温度降示意图

　　A.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%。

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　　附 录 B

　　(资料性)

　　航天器用导热硅脂使用说明

　　B.1 功能与用途

　　B.1 . 1 导热硅脂的适用温度范围为- 100 ℃ ~80 ℃。

　　B.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。

　　B.2 导热硅脂填充要求

　　B.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。

　　B.2 . 2 导热硅脂应均匀的涂覆在两个配合面的接触区域。

　　B.2 . 3 导热硅脂将安装界面填充满，且厚度尽可能薄(实际接触面积应不小于配合面涂覆面积的75%)。设备安装表面和将要安装设备 的航天器部件表面之 间的导热硅脂总厚度一般应不超过0.2 mm, 元器件安装表面和结构表面的导热硅脂总厚度应不超过 0.1 mm。

　　B.2 . 4 以设备安装为例，在设备安装表面和航天器部件表面重合后，用手轻推设备，使其在航天器部件安装面内前后左右稍微搓动，以便导热硅脂充满两表面的间隙。 元器件可参考以上方法实施。

　　B.2 . 5 安装紧固螺钉时，拧紧力矩按总装技术要求的规定，用力应均匀，逐步拧紧。

　　B.2.6 为保证导热硅脂充分填充界面间隙，可按 B.2.1~B.2.4 的要求试装设备，然后拆下设备，检查重叠的导热硅脂面积是否超过设备安装面积的 75%,确认满足要求后再正式安装。

　　B.2 . 7 设备及元器件安装后，应查看安装面周边是否有导热硅脂溢出，如边缘无明显溢出，则应重新安装。

　　B.2 . 8 用浸有无水乙醇的无纺布清除设备周围的导热硅脂。

　　B.2 . 9 设备及元器件安装后，如需要维修更换，用浸有无水乙醇的不产生多余物、不导电的材料，如无纺布等清除导热硅脂，清除后目测清洁，无残留物。

　　B.3 注意事项

　　B.3 . 1 对可凝挥发物、油类等敏感的仪器及设备，在航天器上安装时不建议使用导热硅脂。 如光学设备附近及内部的安装面禁止使用导热硅脂，微波开关附近及内部的安装面不应使用导热硅脂，热控的二次表面镜及多层面膜附近禁止使用导热硅脂，以及技术要求中或接口数据单中明确指明不应使用导热硅脂的安装面等情况。

　　B.3 . 2 导热结构设计上应保证正确安装后，两导热面之间在外力作用下不会产生位移，尤其避免垂直导热面方向的位移破坏导热硅脂涂覆状态的位移。