石墨表面镀Si对石墨/Al复合材料热物理性能的影响

研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明:在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层,这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力,而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%,复合材料X-Y方向的热导率从492 W/(m·K)增加到654 W/(m·K),而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa,相比未镀覆的提高了53%,是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500μm减小到150μm,石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/(m·K)降低到445 W/(m·K),但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。     

基体中Ti元素含量对金刚石/Cu-Ti复合材料热导率的影响

采用真空热压法制备了金刚石体积分数为63%的金刚石/Cu-Ti复合材料,研究了基体中Ti含量对金刚石/Cu-Ti复合材料界面显微结构和热导率的影响。随着Ti含量的增加,金刚石/Cu-Ti复合材料热导率先增加后减小。当基体中Ti含量为1.1wt%时热导率最高,为511 W/（m·K）。Ti含量小于1.1wt%时,烧结过程中两相界面间生成的碳化物数量和面积随Ti含量的增加而增加,优化了界面结合,提高了界面结合强度,增加了界面传热通道数量,使金刚石/Cu-Ti复合材料导热性能提高。Ti含量的增加同时伴随着碳化物热阻增加和基体导热性能的恶化。过量的Ti元素使低导热性能的碳化物层厚度增加,碳化物层本身热阻增加,界面热导降低,金刚石/Cu-Ti复合材料导热性能下降。     

金刚石表面镀钨对铜/金刚石复合材料热导率的影响

利用粉末覆盖烧结法成功在金刚石表面镀覆W,并采用气体压力熔渗法制备Cu/diamond(W)复合材料。研究了不同镀覆温度对镀层微观结构以及复合材料热导率的影响。结果表明,金刚石表面镀钨有效的改善了界面结合,提高了复合材料热导率。镀层厚度随镀覆温度的提高而明显增加,复合材料热导率先增高再降低。当镀覆工艺为1 050℃保温15 min时,镀层厚度为2 000nm,复合材料热导率最高可达到670 W/mK。     

铝添加剂对镀钛金刚石/铜复合材料热学性能的影响

针对添加剂铝能够改善镀钛金刚石/铜的界面粘附力,研究了不同体积分数铝的加入对金刚石-铜的界面、微观结构、界面产物的形成以及热性能的影响。结果表明:铝的加入在金刚石-铜界面之间形成了金属间化合物Al_5 CuTi_2和AlCu_2Ti,金属间化合物的形成明显地改善了金刚石-铜的界面浸润性,提高了复合材料的致密度。然而,随着铝体积分数的增加,复合材料的热导率反而降低,是由于金属间化合物的形成阻碍了有效传热界面,增加了热阻造成的。当铝和金刚石体为分别为2 vol.%和75 vol.%时,样品最高热导率达到了570 W/(m·K)。     

Ti镀层对金刚石-铜基合金复合材料界面结构和性能的作用

为了提高金刚石-铜合金复合材料的界面粘结强度,本文用差热分析(DTA)、X射线衍射分析、SEM观察及磨削试验研究了金刚石表面的Ti镀层对金刚石-铜基合金复合材料界面结构及性能的影响.结果表明,在600～1200℃镀Ti层与金刚石发生界面反应,在金刚石表面外延生成岛状TiC,从而实现了金刚石与铜基合金的冶金结合.镀Ti金刚石与铜合金的粘结强度可达8×107Pa.用镀Ti金刚石制成的铜基合金磨块对花岗岩的磨削比与不镀钛金刚石相比提高30%.     

高导热金属基复合材料的热物理性能

分别采用无压浸渗、气压浸渗、内氧化技术制备了高导热Al/SiC、Al/C、Cu/Al2O3复合材料.研究了增强相和界面对这三种复合材料的热导率和热膨胀系数的影响,并对这些性能进行了理论分析和数值模拟.当颗粒尺寸与界面层厚度之比固定时,颗粒尺寸对Al/SiC复合材料热导率影响很小,但界面热导率对其影响很大;Al/SiC复合材料的CTE随温度的升高而增加,随SiO2层厚度的增加而减小;碳纤维中混杂3%SiC颗粒有利于改善纤维的分布,降低Al/C复合材料的缺陷,并提高其热导率;压力加工增加了Cu/Al2O3的致密度,也提高了其热导率;可用Schapery和Kerner模型计算复合材料的热膨胀系数,用Hasselman-Johnson模型计算热导率.     

添加微量Ti 元素对Diamond/Cu复合材料组织及性能的影响

分别采用在Cu基体添加0. 1 wt%的Ti 元素形成Cu₂Ti合金和在Diamond 颗粒表面镀钛(DiamondTi) 的方法, 制备了含Diamond 体积分数为60 %的Diamond/Cu₂Ti 复合材料和DiamondTi/Cu 复合材料。对比分析了Ti 元素对复合材料微观组织、界面结合及性能的影响规律。结果表明: 添加0. 1 wt%Ti 元素能改善Diamond与Cu 的界面结合, 在界面处观察到明显的碳化物反应层; 且以Cu₂Ti合金的方式添加Ti 元素改善界面的效果优于在Diamond 颗粒表面镀Ti 的方式。所制备的Diamond/Cu₂Ti 复合材料的热导率为621 W(m·K) - 1, 而DiamondTi/Cu复合材料的热导率仅为403. 5 W(m·K) -1, 但均高于未添加Ti 制备的Diamond/Cu 复合材料。      

石墨表面化学镀Cu对天然鳞片石墨/Al复合材料热物理性能的影响

对天然鳞片石墨（GF）进行化学镀Cu的表面处理,对化学镀Cu石墨（Cu-GF）和Al粉采用真空热压的工艺制备出镀Cu石墨/Al（Cu-GF/Al）复合材料。研究了Cu-GF/Al复合材料的微观结构和微观界面,同时也研究了Cu-GF对Cu-GF/Al复合材料热导率和抗弯性能的影响。结果表明,GF上的Cu层能抑制界面脆弱相Al₄C₃的产生,使Cu-GF/Al复合材料的抗弯性能有了显著提升。当Cu-GF体积分数从50%增加到70%时,Cu-GF/Al复合材料的抗弯强度也从104 MPa降低到74 MPa。当GF体积分数为70%时,Cu-GF/Al复合材料的热导率达到最高值为522 W/（m·K）。     

新一代高导热金属基复合材料界面热导研究进展

热物理性质不同的材料之间存在界面热阻,界面热阻对热传输过程产生极大的影响,并在很大程度上决定了复合材料的导热性能。金刚石颗粒增强金属基复合材料(Metal matrix composites,MMCs)充分发挥了金刚石的高热导率和低热膨胀系数的优点,有望获得高的热导率以及与半导体相匹配的热膨胀系数,可满足现代电子设备在散热能力上提出的越来越高的要求,作为新一代电子封装材料已引起广泛关注。界面热导(界面热阻的倒数)既是决定复合材料导热能力的关键因素,也是研究的难点,复合材料制备工艺、界面改性方式(金属基体合金化或金刚石表面金属化)以及改性金属种类均会影响界面热导。详细论述了界面热导理论及实验研究的最新成果,并对金刚石/金属复合材料在未来研究中面临的主要问题进行探讨。     

高导热金刚石/铜电子封装材料:制备技术、性能影响因素、界面结合改善方法

随着电子行业的不断发展,第二代热沉材料如钨/铜封装材料、钼/铜封装材料、碳化硅/铝封装材料等已不能满足该领域日益增长的需求。金刚石的热导率为2 300 W/(m·K),是已知热导率最高的物质;铜的热导率为401 W/(m·K),在众多金属中仅次于Ag。金刚石/铜复合材料具有诸多优点:(1)热导率高、强度大;(2)热膨胀系数能够通过改变金刚石与铜的体积分数加以调控,以实现与硅、锗等半导体材料的匹配;(3)具有比金刚石/银复合材料更低的成本以及比金刚石/铝、钨/铜、钼/铜等材料更高的热导率。因此,金刚石/铜复合材料是一种理想的电子封装候选材料。金刚石/铜复合材料的制备技术多种多样,其中粉末冶金、放电等离子体烧结、液相渗透是最适合该复合材料特性也是研究最广泛的技术。液相渗透法又分为无压熔渗法和压力辅助熔渗法,与粉末冶金法和放电等离子体烧结法相比,该法成本低、操作性强,成为近年研究的重点方向。目前,国际上已制备出热导率高达900 W/(m·K)的金刚石/铜复合材料。另一方面,金刚石与铜界面润湿度较差,导致复合材料致密度不高且热导率不易提升。解决金刚石与铜界面润湿度较差的问题成为制备金刚石/铜复合材料的关键,也促使国内外研究者不断尝试在制备工艺环节引入改进措施。目前已探索出两种较为可行的方法:(1)在复合材料制备过程中添加少量B、Cr等活性元素,使这些活性元素与铜形成合金;(2)在制备金刚石/铜复合材料之前,采用化学镀、扩散烧结、盐浴、磁控溅射等手段预先在金刚石表面包覆一层均匀的碳化物。本文总结了金刚石/铜复合材料的国内外最新研究进展及主流制备技术,论述了影响复合材料的热膨胀系数及热导率的主要因素。文章还介绍了改善金刚石与铜的界面润湿度的方法,最后对金刚石/铜复合材料的发展进行了展望。     

非对称热环境下人体热舒适度模型研究进展

本文根据热空间模型、人体热生理模型和人体热心理模型的分类标准,对非对称热环境下人体热舒适度研究进行全面综述。热空间模型通过空调、环境参数直接预测人体客观、主观反应,人体热生理模型通过研究人体内部主动、被动生理调节预测人体生理参数,人体热心理模型侧重研究生理参数和主观反应的联系或人体如何适应热环境,最后概述了各模型的优点及局限。结果表明:热空间模型与选用的空间结构具有重大联系,一旦空间结构改变,模型建立的很多关系便无法成立,在车辆的应用领域价值更大;大多数热生理及热心理模型不够全面或仅限于特定环境,只有少数能够通过详细的体温调节解决人类对非均匀和瞬态条件的反应; Berkeley热舒适模型同时涵盖了热生理及热心理模型,但其耦合模拟过程过于复杂,而等效温度模型虽然精度相对较低,但由于其运算简便受到更广泛的应用;自适应模型充分考虑了人的主观能动性,但仍处于初级研究阶段。     

有机保温材料热解行为的研究进展

介绍了热降解机理和有机保温材料的热解行为的研究进展,着重介绍了聚苯乙烯类(EPS和XPS)、聚氨酯类(PU)和橡塑保温材料(NBR/PVC)3种有机保温材料近年来的热解研究进展,指出其重要的研究手段通常是热分析技术或热分析与其他技术联用,同时也阐述了有机保温材料热分析今后的研究发展方向。     

Realizing the Accurate Measurements of Thermal Conductivity over a Wide Range by Scanning Thermal Microscopy Combined with Quantitative Prediction of Thermal Contact Resistance

Quantitative thermal performance measurements and thermal management at the micro-/nano scale are becoming increasingly important as the size of electronic components shrinks. Scanning thermal microscopy (SThM) is an emerging method with high spatial resolution that accurately reflects changes in local thermal signals based on a thermally sensitive probe. However, because of the unclear thermal resistance at the probe-sample interface, quantitative characterization of thermal conductivity for different kinds of materials still remains limited. In this paper, the heat transfer process considering the thermal contact resistance between the probe and sample surface is analyzed using finite element simulation and thermal resistance network model. On this basis, a mathematical empirical function is developed applicable to a variety of material systems, which depicts the relationship between the thermal conductivity of the sample and the probe temperature. The proposed model is verified by measuring ten materials with a wide thermal conductivity range, and then further validated by two materials with unknown thermal conductivity. In conclusion, this work provides the prospect of achieving quantitative characterization of thermal conductivity over a wide range and further enables the mapping of local thermal conductivity to microstructures or phases of materials.     

影响材料热膨胀系数的主要因素

材料膨胀系数的选用对精密机械热误差修正的结果好坏有着决定性的影响。在工程实际中,各种手册或工具书中提供的材料热膨胀系数均为在确定条件下的实验测得值,并且不同参考资料上同种材料的热膨胀系数有较大的出入。文章系统地分析了影响材料热膨胀系数的参考值的主要因素,指出热膨胀系数定义的差异,测量方法的差异。试样化学成分、加工方法和形体尺寸是影响参考值的主要因素。文章为在工程实际中选用恰当的材料热膨胀系数提供了依据。     

导热高分子材料在包装印刷领域的研究进展

目的综述导热高分子材料在包装印刷领域的应用及研究现状,拓展导热高分子材料的应用领域。方法首先介绍2类导热高分子材料的制备方法,即本征型和填充型导热高分子材料;其次全面综述用于包装印刷领域的导热膜/纸、导热胶黏剂和导热油墨;最后总结常用的各类导热机理模型。结果与本征型导热高分子相比,填充型导热高分子具有加工简单、成本低廉、应用面广等优点,是目前研究最多的导热高分子材料。导热膜/纸、导热胶黏剂和导热油墨具有广泛的研究基础,市场需求旺盛。导热预测模型虽能够有效预测复合材料的热导率,但会受到填料含量和粒子形貌的影响。结论导热高分子材料在包装印刷领域拥有巨大的应用需求,开展导热高分子的研究具有重要的现实和理论意义。     

西安市冬季办公建筑和商场室内热环境调查研究

于2010年1月对西安市5栋办公楼和3栋商场的冬季采暖系统进行调查,测试了建筑室内温湿度等参数,并对室内人员热舒适情况进行了问卷调查。调研结果表明：被调查建筑内热源形式主要为市政蒸汽和燃气锅炉;冬季办公楼和商场内平均空气温度分别为19.9℃和21.1℃,满足热舒适空调的要求,但是商场内平均温度偏高,不符合建筑节能的要求;而两种类型建筑内平均空气相对湿度都要低于30%,空气较干燥。通过问卷调查统计得到办公楼和商场内人们的热感觉、热舒适以及满意程度百分率分布情况,都有高于83%的人感觉满意和刚好满意,满意程度都较高。进一步地分析得到办公楼和商场内实际热中性温度分别为18.8℃和18.7℃,并获得了对应的能被80%的人所接受的热舒适温度范围。     

热舒适参数选取中存在的问题分析

为了实现热舒适研究的国内外接轨、修正地区性设计规范以及促进建筑节能的可持续发展,本文针对PMV、TSV、TCV对人体热舒适性的评价结果存在差异、所得热舒适参数也不尽一致的现象,分析了产生这些现象的原因,给出了相应的建议,并提出了综合考虑国内外标准规定、现场实测及问卷调查结果来确定热舒适参数的思路。结合研究实例,利用这一方法得到了合理的室内热舒适参数。     

双陶瓷层热障涂层的隔热行为有限元模拟研究

基于热传导、热对流和热辐射理论建立了双陶瓷层热障涂层不透明和半透明物理模型,采用有限元ANSYS软件模拟了稳态温度场。结果表明双陶瓷层在不透明时,随总厚度或顶层厚度增加,顶层上表面温度近似线性增加,第2层和粘结层上表面温度近似线性降低。在陶瓷层半透明条件下,衰减系数对各层温度有一定影响。在衰减系数很大时,各层温度与不透明情况类似;在衰减系数较小时,顶层上表面温度略低于不透明时,第2层上表面温度略高于不透明时,粘结层上表面温度先快速后缓慢降低并保持不变,且远高于不透明时,界面反射能降低各层温度。     

染料多次热转移印刷色带

本文介绍了反复使用的染料多次热转移移印刷色带的特点,热力学原理和主要原材料。并为读者提供了几个配方和简单的制备工艺。     

Deformation Data from Thermal Marking

Abstract: A novel experimental technique for strain measurement, named thermal moiré, and based on a combination of thermography and moiré concepts, is presented in this paper. The proposed technique essentially involves the temporary imprinting of a thermal pattern onto the surface of the object of interest as a substitute for conventional gratings, to remove the need for physical printing, etching or bonding. In materials with low diffusivity, the thermal pattern can be observed with an infrared camera and analysed using conventional techniques. Work on the development of suitable laboratory apparatus is described, and preliminary experimental results are presented to illustrate the feasibility of the method.