导热绝缘硅胶材料用氧化铝性能研究

本文论述了氧化铝粉体在导热绝缘硅胶材料中的导热机理,并分别论述了氧化铝形貌、粒径分布、杂质含量等对导热绝缘硅胶性能的影响,并提出提高导热绝缘硅胶导热率及柔韧性的措施:提高氧化铝球形度可以提高硅胶的柔韧性,提高氧化铝α-相转化率和晶体的致密度、合理的粒度分布可以提高硅胶的导热率。严格控制杂质含量不但提高硅胶的绝缘性能且能提高导热率。     

改善铝合金导热性能途径的初探与分析

讨论晶粒细化、热处理制度、合金元素及稀土添加剂对6063铝合金导热性能的影响,在分析实验数据的基础上,阐述了各影响因素的作用机理.结果表明良好的铸态组织、适宜的时效制度、合理的合金元素配比与适量稀土处理剂均能不同程度的提高材料的导热系数.     

低温烧结高导热纳米银纸的制备及其烧结工艺研究

制备了一种用于大功率半导体封装互连用的低温烧结高导热新型热界面材料—纳米银纸。其外观为可裁剪的纸张状,测量其抗拉强度为3.89 MPa。纳米银纸主要由银纳米线组成,银含量约为99.5%,其余为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为主的有机物。实验采用热压烧结方式,探究了不同烧结工艺对纳米银纸导热性能的影响。研究结果表明,纳米银纸可在200℃、10 MPa时实现烧结,并取得210 W·m^-1·K^-1的热导率(λ),升高烧结温度和压力至300℃、10 MPa则能进一步将纳米银纸烧结体的热导率提升至280 W·m^-1·K^-1。纳米银纸可为大功率半导体封装互连提供一种优选方案。     

全球首例大功率LED应用尼龙导热材料

灯具散热系统一直以来都以铝作为材料。螳料由于导热系数很小,不能满足散热要求,所以不能用在LED散热领域。目前,帝斯曼公司推出的新型导热塑料在保持一般塑料材料的优点基础上,增加了它的导热系数,使其导热系数达到一般塑料的10-50倍。在飞利浦和帝斯曼的共同努力下,飞利浦MASTERLEDMR16新式灯具成为了全球首例大功率LED应用,其铝质外壳被一种具有热传导性能的塑料StanylTC所取代。     

氧化铝-氧化铈核/壳复合磨料的性能测定

以α-Al2O3为核、以氧化铈为壳,制备氧化铝-氧化铈核/壳复合磨料,并对其性能进行测定.使用激光粒度分析仪测定粒度分布,使用FD-TC-B型导热系数测定仪测定复合磨料的导热系数,使用分光光度计测定透光率.氧化铝-氧化铈核/壳复合磨料的粒径分布较集中,导热性能较单一磨料好,透光率小,分散性能好,浆料质量浓度达到2％时,抛光效率最高,适合玻璃抛光.     

球磨法对氧化铝镀银材料导电性能的影响

使用球磨法对氧化铝镀银材料进行改性,最佳的工艺为：氧化铝与玛瑙球的重量比为20%,球磨频率为5.5 Hz,球磨时间为3 h,最高导电率为1887 S/cm,比未球磨的提高37倍。通过红外光谱仪、X射线衍射仪、热失重仪、偏光显微镜和悬浮测试了氧化铝镀银材料的性能,结果表明：球磨对氧化铝红外光谱没有影响,镀银后氧化铝的红外吸收振动峰消失;X射线衍射证明氧化铝镀银材料中有银的晶体峰出现,没有其它杂质峰;热失重表明镀银材料的残留变大,耐热性能提高;偏光显微镜显示球磨后氧化铝为片型结构,大小分布均匀;镀银材料悬浮溶液颜色较深,能够悬浮于乙醇溶液中,有望提高在高分子复合材料中的分散性能。最后阐述了球磨使得氧化铝大颗粒被破碎以及颗粒被磨削这两种作用,形成片,增加了表面积和包银效率,提高了颗粒之间导电网络的连接,使得导电率变大的机理。该导电材料期望在电磁屏蔽、导电胶粘剂和抗菌复合材料等诸多领域都有广泛的应用前景。     

TiO2对金刚石/铜复合材料导热性能的影响

为研究金刚石/铜复合材料界面传热对其导热性能的影响,采用放电等离子烧结制备了添加0.4～1.0 mass%TiO₂的金刚石/铜复合材料,分析了其微观结构、物相组成和热导率,研究了TiO₂对金刚石/铜复合材料导热性能的影响。结果表明：TiO₂的添加使金刚石表面变得粗糙,且在金刚石和铜的界面处形成了TiC过渡层;TiC过渡层有效地改善了金刚石和铜的结合,从而减少了裂纹及孔洞的形成,提高了声子传热效率;添加0.8 mass%TiO₂的金刚石/铜复合材料的热导率为421 W·m^-1·K^-1,达到理论热导率的73%,相比未添加TiO₂的金刚石/铜复合材料(186 W·m^-1·K^-1)提高了1.26倍。     

铸件—铸型界面热交换参数的通用化处理

提出了用无量纲参数和最小二乘拟合曲线法解决铸件—铸型界面热交换参数的通用化,建立了界面热交换参数通用化处理的数学模型。应用上述方法对φ800mm球铁轧辊凝固过程进行模拟计算,取得了较满意的结果。     

氧化铝涂层垂直裂纹对热载荷下界面失效的影响

目的探索氧化铝/铝在热载荷作用下的界面失效机理。方法基于内聚力有限元模型,预测热载荷下铝基氧化铝涂层材料界面处的残余热应力,并系统研究其失效过程。重点考虑涂层厚度、热载荷大小、预制涂层垂直裂纹密度对界面处应力场和界面损伤失效的影响,并同实验进行对比。结果试验和模拟结果都发现,加热到300℃冷却后,界面未产生平行裂纹,而加热到400℃冷却后,界面出现平行裂纹。涂层无裂纹缺陷时,界面处剪应力呈单曲线余弦分布,而有预制裂纹时,界面处的剪应力呈双曲线余弦分布。随着热载荷的增大,界面最大剪应力值由两端向界面中心处迁移。相比涂层有裂纹的情况,界面在涂层无裂纹时平均正应力最小。实际制备的氧化铝涂层不可能完美无裂纹缺陷,在考虑涂层有裂纹缺陷时,涂层裂纹密度为4 mm~(-1)时平均所受正应力较小,且界面只有拉应力作用,不容易产生脱层缺陷。结论存在特定的最佳临界预制垂直裂纹密度值,使得热载荷下界面损伤最小。有限元模拟结果也显示,相同热载荷和相同裂纹密度下,涂层越厚,对界面的防护力也越强。     

烧结工艺对氧化铝-铝金属陶瓷材料性能的影响

利用粉末冶金方法制备氧化铝-铝金属陶瓷材料,研究其烧结工艺对其性能影响。结果表明,烧结温度从700℃逐渐升到1000℃且保温1 h的条件下,Al2O3/Al金属陶瓷的显微结构致密化程度逐渐降低,硬度逐渐降低,电阻率逐渐升高。在显微结构中颗粒呈连续分布且较大的为金属Al,颗粒呈不连续分布较且细小的为Al2O3。在700℃温度下,随保温时间延长,其显微结构组织越致密,硬度越高,电阻率越低。在700℃烧结3 h制备得到25 mass%Al2O3/Al金属陶瓷,其显微结构致密化程度较高,硬度为2203 HV,电阻率为0.0159Ω·m。     

氧化铝坩埚与高温合金的界面反应机制

研究了真空感应熔炼过程中氧化铝坩埚与高温合金的界面反应过程。结果表明,高温合金熔炼过程中,合金中的Cr、Al等元素与坩埚内壁中的SiO₂反应生成Si及Cr₂O₃,生成的Si进入到熔体中形成Al₄Si、Cr₃Ni₂Si等硅化物,在高温真空环境下挥发并在熔体液面以上的坩埚壁上形成沉积层;生成的Cr₂O₃与熔体液面以下坩埚壁中的Al₂O₃反应生成粉红色的Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体反应层,反应层厚度随坩埚内熔体深度的增加而增大。随坩埚使用次数的增加,合金熔体表面浮渣明显增多。     

铝合金压铸过程铸件/铸型界面换热行为的研究Ⅱ.工艺参数对界面换热的影响

基于本文第1部分的数学模型,求解了各种工艺参数下铸件/铸型间的界面热流和换热系数,重点研究不同工艺参数对于界面热流和换热系数的影响.在现有的"阶梯"块铸件的条件下,计算结果表明:压铸过程各种工艺参数对于铸件/铸型界面热流和换热系数有着不同的影响规律.铸型初始模腔表面温度对于界面热流的峰值有着很大的影响,随着铸型初始模腔表面温度的上升,热流峰值不断下降.对于较厚的"阶梯"面,铸型初始模腔表面温度对于界面换热系数的影响较大,随着该温度的上升,界面换热系数的峰值不断下降;对于较薄的"阶梯"面,各种工艺参数对于界面换热系数的影响不大.     

界面形貌对清障涂层界面残余应力影响的数值模拟

利用有限元方法,对热障涂层热循环降温过程中产生的残余应力进行了数值模拟,研究了有尖点和无尖点正弦波形微坑以及短形微坑对界面残余应力的影响,结果表明,微坑形状不同,界面上残余应力的大小,性质与分布也不同;微坑的形状变化和尖点的出现,将会使该处的应力发生突变,不利于增强界面结合强度,因此,从对热障涂层界面残余应力的影响角度看,无尖点的正弦波形微坑既优于有尖点微坑也优于矩形微坑。     

原位生长碳纳米管对炭/炭复合材料导热性能的影响

以炭纤维表面原位生长有碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)的针刺毡体作为前驱体制备出生长有CNTs的炭/炭复合材料,并与在同样工艺条件下通过致密化最终热处理得到的纯炭/炭复合材料进行对比.结果表明,在密度几乎相同的情况下,生长有CNTs的炭/炭复合材料的室温Z轴热导率约为11.10 W/(m·K),几乎为纯炭/炭复合材料的室温Z轴热导率(6.28 W/(m·K))的2倍,其原因可能在于CNTs可以有效改善炭纤维和热解炭之间的界面特性,明显减少炭/炭复合材料中纤维和热解炭界面处周裂纹的出现,还可以诱导热解炭形成一种拥有更高导热率更易石墨化的粗糙结构.     

Mo含量对Cu-Ni-Mo合金组织及导热性能的影响

采用真空高频感应熔炼工艺制备了Cu-Ni-Mo合金,研究了Mo含量对合金组织、导热率和熔点的影响。结果表明,随着Mo含量的增加,合金晶粒变得更细小,并且合金中第二相含量先增加后减少。合金的导热率随着Mo含量的增加先升高后降低,Cu20Ni-3Mo合金的导热率最高,为35.875 W/m·k。合金的熔点随着Mo含量的增加而升高,但是变化不大。     

界面形貌对热障涂层界面残余应力影响的数值模拟

利用有限元方法 ,对热障涂层热循环降温过程中产生的残余应力进行了数值模拟 ,研究了有尖点和无尖点正弦波形微坑以及矩形微坑对界面残余应力的影响。结果表明 ,微坑形状不同 ,界面上残余应力的大小、性质与分布也不同 ;微坑的形状变化和尖点的出现 ,将会使该处的应力发生突变 ,不利于增强界面结合强度。因此 ,从对热障涂层界面残余应力的影响角度看 ,无尖点的正弦波形微坑既优于有尖点微坑也优于矩形微坑     

碳界面层制备工艺对SiC_f/SiC材料力学性能的影响

用低压化学气相沉积(LPCVD)法,以丙烯(C_3H_6)为碳源,氮气(N_2)为稀释气制备了2.5维连续碳化硅纤维增韧碳化硅(SiC_f/SiC)复合材料的碳界面层,其厚度为～0.1 mm.研究了不同丙烯含量(体积分数,下同)(60%,50%,45%)对碳层形貌、微观结构及SiC_f/SiC力学性能的影响.结果表明:当C_3H_6含量为60%时,热解碳层表面光滑,石磨化度高;当C_3H_6为50%和45%时,碳层粗糙,有很多较大颗粒存在,石磨化度低.3种复合材料的弯曲强度差别不大,分别为303,311和320 MPa.然而,当C_3H_6含量为60%时,材料韧性断裂,断裂功高;为50%和45%时,材料脆性断裂,断裂功低.不同的纤维拔出滑移阻力是SiC_f/SiC断裂行为不同的原因.     

炭／炭复合材料导热系数影响因素的研究

研究了影响炭／炭复合材料导热系数的主要因素：炭纤维取向，热处理温度和CVD热解炭的结构，结果表明，在炭／炭复合材料中，影响炭／炭复合材料导热系数的主要因素是CVD热解炭结构；以RL结构为主的CVD热解炭，导热系数高，热处理温度对材料导热系数的影响不及CVD热解炭的微观结构对其的影响。     

浸渗温度对SiC/Al双连续相复合材料界面组织和导热性的影响

采用原位反应无压浸渗工艺,制备了Si C/Al双连续相复合材料,研究烧结温度对Si C/Al双连续相复合材料的导热性能的影响,观察Si C/Al双连续相复合材料的表面形貌。结果表明:Al合金熔体在无压下能渗入三维网状Si C多孔陶瓷孔隙,形成组织均匀具有网络贯穿结构的Si C/Al双连续相复合材料。浸渗温度对复合材料的导热系数影响很大,当浸渗温度为900、1000、1100和1200℃时,复合材料室温下的导热系数分别为167.4、160、154和152 W/(m·K),与浸渗温度900℃相比,浸渗温度1200℃复合材料室温下的导热系数下降了9%。因此,在保证浸渗完全的情况下,随着浸渗温度的升高,复合材料的导热性能越来越差,这主要是由于高温下熔融Al液与Si C陶瓷之间发生界面反应所致;适当地降低熔渗温度可以减缓界面反应的程度,从而提高复合材料的导热性能。本实验的最佳工艺条件为N2气氛,900℃保温3 h。