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高导热片层石墨/铝复合材料的制备与强化方法研究

2020-12-03阅读(978)

高导热片层石墨/铝复合材料的制备与强化方法研究

论文摘要

随着互联网的快速发展,电子产品需要处理的数据和命令越来越复杂,要求电子芯片具有更高的频率、更快的处理速度,这会带来很多热量,要求现代热管理系统需要具备更好的散热能力。石墨/铝复合材料是一种用于现代热管理系统的新型导热复合材料,具有很高的散热效率,但目前仍存在机械强度不足的缺点。本文的研究内容是采用不同的强化方法和制备方法,对石墨/铝复合材料进行力学性能强化,同时保证其仍具有较高的热导率。具体如下:（1）对片层石墨粉体表面进行镀层强化处理,提高石墨自身强度。利用石墨表面的镀层作为过渡区域,解决石墨和铝难以浸润的问题,减少气孔,提高强度。对石墨表面进行了镀硅（形成碳化硅纳米镀层）处理和镀镍处理,结果显示石墨表面出现242nm的碳化硅镀层和985 nm的金属镍镀层。两种镀层都能改善石墨和铝的界面结合,界面孔隙较少。在实验范围内,镀硅对石墨/铝复合材料的强化作用明显,高导热方向热导率从268643 W/（m·K）提升至328725 W/（m·K）,抗弯强度从7233MPa提升至9045MPa;而镀镍的石墨/铝复合材料虽然表现出更好的抗弯强度,但导热能力被抑制。（2）在镀层强化的基础上,通过添加铜网来提高石墨/铝复合材料的机械强度。利用铜网的物理承载作用使石墨在铜网之间拥有良好的排列取向,铜网同时作为第二相增强体提高其抗弯强度。结果表明,添加铜网后,镀硅石墨/铝复合材料内部石墨取向变好,并形成石墨片高度聚集的结构,不仅提升了镀硅石墨/铝复合材料的抗弯强度,还在石墨体积分数较低时改善了镀硅石墨/铝复合材料的热导率。添加体积分数为40%的镀硅石墨时,复合材料热导率达512W/（m·K）,抗弯强度高达127MPa,综合性能最优,测定出此时其热膨胀系数为14.4×10-6m/K。（3）在镀层强化的基础上,通过添加碳化硅颗粒制备了石墨/碳化硅/铝三元复合材料,来解决石墨/铝二元复合材料机械强度不足的缺点。探讨了碳化硅的粒径和添加量对石墨/碳化硅/铝三元复合材料导热系数和抗弯强度的影响,并建立了三相复合材料的导热模型。结果表明,添加碳化硅颗粒会一定程度降低复合材料在x-y平面内的热导率,但对力学性能的提升具有重大贡献。添加体积分数为12%的碳化硅时,这种三元复合材料的热导率仍能保持为521 W/（m·K）,同时抗弯强度达到了121MPa,热膨胀系数为10.8×10-6m/K。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 热沉材料国内外研究现状
  •     1.2.1 热沉材料的分类
  •     1.2.2 碳类导热材料
  •   1.3 金属基导热复合材料
  •     1.3.1 金属基复合材料的制备方法
  •     1.3.2 金属基复合材料的强化方法
  •   1.4 石墨/铝复合材料国内外研究现状
  •   1.5 本课题的研究背景和内容
  • 第二章 试验方案及内容
  •   2.1 试验方案
  •     2.1.1 试验材料
  •     2.1.2 石墨表面镀层处理工艺
  •     2.1.3 镀层石墨/铝复合材料的制备方法
  •     2.1.4 添加铜网的石墨/铝复合材料的制备方法
  •     2.1.5 添加SiC颗粒的石墨/铝复合材料的制备方法
  •   2.3 材料表征方法
  •     2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）
  •     2.3.2 聚焦离子束（FIB）
  •     2.3.3 透射电子显微镜（TEM）
  •     2.3.4 X射线衍射（XRD）
  •   2.4 材料性能
  •     2.4.1 热导率
  •     2.4.2 热膨胀系数
  •     2.4.3 抗弯强度
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 镀层石墨/铝复合材料
  •   3.1 镀层石墨的微观形貌和成分
  •   3.2 镀层石墨/铝复合材料的微观形貌和界面
  •   3.3 热导率和热膨胀系数
  •   3.4 镀层石墨/铝热传导机制模型
  •   3.5 抗弯强度
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 添加铜网的石墨/铝复合材料
  •   4.1 微观形貌和界面
  •   4.2 热导率和热膨胀系数
  •   4.3 抗弯强度
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 添加碳化硅颗粒的石墨/铝复合材料
  •   5.1 微观形貌和界面
  •   5.2 热导率和热膨胀系数
  •   5.3 添加碳化硅的石墨/铝热传导机制模型
  •   5.4 抗弯强度
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表论文专利成果
  • 附件

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 曾凡坤

    导师: 童幸生,薛晨

    关键词: 石墨,热导率,抗弯强度,热膨胀系数,界面,颗粒强化,三元复合材料

    来源: 江汉大学

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 材料科学

    单位: 江汉大学

    分类号: TB33

    总页数: 66

    文件大小: 6207K

    下载量: 162

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