铝基金刚石复合材料热性能的数值模拟与实验验证

利用有限元软件建立铝基金刚石复合材料的代表性体积单元,研究了不同的金刚石体积分数及粒径对铝基金刚石复合材料导热系数和热膨胀系数的影响.同时采用挤压铸造的方式制备出各种铝基金刚石复合材料样件,并测量出其导热系数和热膨胀系数,将有限元模拟结果与实验结果进行了对比验证.结果表明:有限元模拟结果与实验结果吻合较好;当金刚石粒径...     

金刚石/铝导热复合材料的显微组织与热力学性能

以高温盐浴法对金刚石表面进行镀硅处理来改善金刚石和铝基之间的界面结合,镀硅后的金刚石颗粒表面略显粗糙,表面的镀层均匀;采用真空热压烧结法制备高导热镀硅金刚石/铝复合材料,研究了烧结温度和金刚石体积分数对复合材料相对密度和热导率的影响。随着金刚石体积分数的增加,复合材料的相对密度和热导均呈现先升后降的趋势,当金刚石体积分数为45%时,复合材料的热导率达到最大,为558 W/mK。     

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。      

钛镀层对金刚石/铝导热复合材料的显微组织与热学性能的影响

采用高温盐浴法对金刚石表面进行镀钛处理来改善金刚石和铝基之间的界面结合,镀钛后的金刚石颗粒表面略显粗糙,表面的镀层均匀;采用真空热压烧结法制备高导热金刚石/铝复合材料,研究了金刚石表面镀钛对复合材料显微组织、热膨胀系数和热导率的影响。结果表明:金刚石表面的钛镀层改善了金刚石各晶面与铝基体的结合状态,增加了金刚石和铝之间的界面结合强度;当铝基体在镀钛金刚石颗粒形成的骨架结构中膨胀时,可以被骨架很好的约束,从而降低了复合材料的热膨胀系数;金刚石表面钛镀层减少了复合材料的孔洞,增加了致密度,从而提高了复合材料的热导率。     

并联导热结构的金刚石/铜基复合材料的制备

为提高金刚石/铜基复合材料的导热性能,在芯材表面预先化学气相沉积(CVD)高质量金刚石膜,获得柱状金刚石棒,再将其垂直排列,填充铜粉后真空热压烧结,制备并联结构的金刚石/铜基复合材料。分别采用激光拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)对CVD金刚石膜的生长进行分析,并通过数值分析讨论复合材料的热性能。结果表明:金刚石/铜基复合材料结构致密,密度为9.51g/cm3;CVD金刚石膜构成连续的导热通道,产生并联式导热,复合材料的热导率为392.78 W/(m·K)。     

用一维金刚石制备氧化铝基复合陶瓷基板

晶须或纤维是材料补强增韧的有效原料,近年来一直是新材料研究的热点,目前,主要的品种包括碳纤维、SiC晶须、钛酸铝晶须、氧化铝晶须等。传统的Al2O3或AlN低温共烧复合基板,由于玻璃等烧结助剂的加入,陶瓷基板可以实现在900℃以下的温度烧结,但基板导热率也由于玻璃的加入而显著降低。研究表明:高导热的纤维在复合材料中相互搭接形成三维导热网络,可以显著增加复合材料的热导率。金刚石是世界上导热性能最好的材料,本研究探讨了采用一维金刚石作为导热高速网络材料制备金刚石-氧化铝陶瓷基板的可行性。     

高导热金刚石/铜复合材料研究进展

金刚石/铜复合材料兼具低密度、高导热率数和可调热膨胀系数等优点,近年来成为新一代热管理材料的研究重点。通过理论、试验及模拟三个方向对金刚石/铜复合材料进行综述。回顾金刚石/铜复合材料的发展历程,总结金刚石/铜复合材料重要的颗粒混合理论模型及“三明治”复合结构经验公式,研究影响热导率和热膨胀系数等两大热学性能指标的重要因素,简述有限元模拟在金刚石/铜复合材料中的相关应用。其中,重点分析界面改性（活性改性元素种类和改性层厚度）对金刚石/铜复合材料导热性的影响。结果表明,通过界面改性、增加接触面积以及在较高温度和压力机制驱动下制备的金刚石/铜复合材料具有优异的热物理性能。最后由所得结论提出双峰金刚石、渗碳、大尺寸金刚石自支撑膜表面织构化等方法,可用来提升金刚石/铜复合材料界面结合强度和散热性能。     

金刚石颗粒/金属基复合材料的研究进展

以金刚石颗粒与某些金属材料复合,可以制备出具备高导热、高耐磨、高硬度等突出性能的功能或工程结构材料,在电子元器件、装备制造、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。系统地综述了金刚石颗粒作为增强体制备金属基复合材料的特点及研究现状,总结了金刚石颗粒/金属基复合材料的常用制备技术和方法,提出了金刚石颗粒/金属基复合材料研究中存在的问题。     

镀硼金刚石-金属基复合材料的制备及其性能研究

为了得到高导热、高结合力的金刚石-金属基复合材料,解决金刚石与金属之间浸润性差的关键问题,本文首先通过高温盐浴法对金刚石粉体表面进行硼改性处理,然后将金刚石粉体与金属粉体通过真空热压制备得到改性后的金刚石-金属基复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS),排水法密度测试仪,激光热导仪(LFA),热膨胀系数测定仪,X射线衍射仪(XRD)一系列的方法分别探究了镀硼对材料的形貌,元素种类,复合材料的密度,热导性能,热膨胀系数和物相成分的影响。结果表明,金刚石粉体经硼化处理后,制备得到的金刚石-金属基复合材料界面粘结能力强,界面层与层之间为化学键结合。相比未前处理过的金刚石压制得到的复合材料,表现出高导热、高结合力的优异性能。镀硼金刚石-铝复合材料无水解性Al4C3生成,且材料热导率达到560 W/(m·K)。     

复合材料

火花等离子烧结（SPS）法制备Al／金刚石复合材料日本大阪市工业研究所利用SPS法由金刚石粉、铝粉和铝-50％（质量）硅粉的混合物原料，于固体一液体共存的状态下制备了金刚石颗粒弥散的铝基复合材料。在SPS过程中，复合材料于798K与876K温度之间加热历时1．56ks，在金刚石与铝基体界面上未发生反应。所得复合材料具有优良的热传导性。     

金刚石粒径及含量对超音速激光沉积金刚石/Cu复合涂层微观结构及性能的影响

目的研究不同金刚石粒径及含量对超音速激光沉积金刚石/Cu复合涂层微观结构及性能的影响。方法利用超音速激光沉积技术制备金刚石/Cu复合涂层。采用扫描电镜和摩擦磨损测试对涂层的显微组织结构和磨损性能进行了分析,用激光闪烁法测量复合涂层的热导率。结果金刚石均匀分布在复合涂层中,原始粉末中金刚石体积分数从30%增加到50%时,复合涂层中金刚石颗粒的面积占比仅从14.01%升至16.79%,远低于金刚石颗粒在原始粉末中的含量。400目金刚石/Cu复合涂层的平均热导率为296 W/(m·K),摩擦系数为0.551;800目金刚石/Cu复合涂层的平均热导率为238 W/(m·K),摩擦系数为0.545。结论原始粉末中金刚石配比的增加并未对复合涂层中金刚石含量的提升有显著作用。金刚石/Cu复合涂层的热导率随着增强相颗粒含量的增加而降低,随着增强相颗粒粒径的增大而提高。不同粒径金刚石颗粒的添加能显著降低Cu涂层的摩擦系数,且小粒径金刚石颗粒的添加使复合涂层的摩擦系数更低和更稳定,从而使其具有更小的磨损量和磨痕宽度,表现出较优的耐磨损性能。     

镀钨金刚石/铜复合材料的制备及导热性能（英文）

使用热扩散法在金刚石表面镀钨,并采用不同工艺参数制备镀钨金刚石/铜复合材料,观察不同样品的微观形貌,并使用激光闪射法测量样品的热导率,探索制备高热导率金刚石/铜复合材料的最佳工艺参数。研究结果表明,在金刚石表面镀钨可以改善界面结合,当镀覆时间为60 min时,镀层完整、均匀、平整,样品的热导率达到486 W/(m·K)。镀层的完整性和均匀性比镀层厚度更为重要。进一步对镀钨金刚石进行退火处理后,镀层与金刚石之间的冶金结合增强,制备得到的复合材料的热导率提高到559 W/(m·K)。     

气压熔渗法制备高导热金刚石/Cu–B合金复合材料

以硼质量分数为0.5%的Cu–B合金为金属基体以及平均粒径为500 μm的金刚石颗粒为增强体,采用气压熔渗法制备金刚石/Cu–B合金复合材料,研究气压参数对其组织结构和热物理性能的影响规律。结果表明:随着气压升高,金刚石与Cu–B合金之间的界面结合效果、导热性能均增强,热膨胀系数减小;当气压为10 MPa时,其界面结合效果最优,界面处生成的碳化物层将金刚石完全覆盖,且100 ℃时的样品热导率为680.3 W/(m·K),热膨胀系数为5.038×10?6 K?1,满足电子封装材料的热膨胀系数要求。      

304不锈钢复合电镀镍-膨胀石墨导热性能

通过一种简单而经济的电镀方法在304不锈钢表面制备镍-膨胀石墨复合材料,并对其导热性能进行研究。通过扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)对镀层的显微形貌及结构进行表征,通过激光粒度分布仪对膨胀石墨的粒径进行测定,通过激光导热仪测定复合镀层的导热系数。结果表明:膨胀石墨呈片状结构,缺陷少且复合镀前后缺陷基本不变。复合镀层中膨胀石墨的原子数分数为5.98%,且均匀分布。镍-膨胀石墨/304不锈钢的导热系数为16.02 W/(m·K),相比于镍/304不锈钢和304不锈钢,其导热系数分别提高了9.7%和23.8%。膨胀石墨与304不锈钢表面及镍镀层接触良好,构成了良好的导热通道,提高了镍镀层的导热性能。     

Effect of particle size on the microstructure and thermal conductivity of Al/diamond composites prepared by spark plasma sintering

Spark plasma sintering (SPS) was used to fabricate Al/diamond composites. The influence of diamond particle size on the microstructure and thermal conductivity (TC) of composites was investigated by combining experimental results with model prediction. The results show that both composites with 40 μm particles and 70 μm particles exhibit high density and good TC, and the composite with 70 μm particles indicates an excellent TC of 325 W·m⁻¹·K⁻¹. Their TCs lay between the theoretical estimated bounds. In contrast, the composite with 100 μm particles demonstrates low density as well as poor TC due to its high porosity and weak interfacial bonding. Its TC is even considerably less than the lower bound of the predicted value. Using larger diamond particles can further enhance thermal conductive performance only based on the premise that highly dense composites of strong interfacial bonding can be obtained.     

粉末冶金法制备金刚石/铜复合材料热导率研究

为研制更高热导率的产品,采用粉末冶金法将金刚石与高纯度铜粉热压在一起,制备新型金刚石/铜复合材料。通过正交分析法,研究了金刚石/铜复合材料热导率的影响因素。结果表明:用粉末冶金法制备的金刚石/铜复合材料,其热导率最高为245.89 W/（m·K）。对金刚石/铜复合材料热导率影响最大的因素是金刚石与铜粉的体积比,并且随着体积比的增大,金刚石/铜复合材料热导率逐渐下降。金刚石/铜复合材料的致密度以及界面结合程度是影响金刚石/铜复合材料热导率大小的重要因素,致密度高、界面结合好的复合材料热导率高,反之则低。      

Microstructure and thermal conductivity of copper matrix composites reinforced with mixtures of diamond and SiC particles

The thermal conductivity of diamond hybrid SiC/Cu,diamond/Cu and SiC/Cu composite were calculated by using the extended differential effective medium (DEM) theoretical model in this paper.The effects of the particle volume fraction,the particle size and the volume ratio of the diamond particles to the total particles on the thermal conductivity of the composite were studied.The DEM theoretical calculation results show that,for the diamond hybrid SiC/Cu composite,when the particle volume fraction is above 46% and the volume ratio of the diamond particles to the SiC particles is above 13:12,the thermal conductivity of the composite can reach 500 W·m-1·K-1.The thermal conduc-tivity of the composite has little change when the particle size is above 200μm.The experimental results show that Ti can improve the wettability of the SiC and Cu.The thermal conductivity of the diamond hybrid SiCTi/Cu is almost two times better than that of the diamond hybrid SiC/Cu.It is feasible to predict the thermal conductivity of the composite by DEM theoretical model.     

Fabrication of W–Cu functionally graded material by spark plasma sintering method

Three-layered (W–25Cu/W–50Cu/W–75Cu, volume fraction) W/Cu functionally graded material (FGM) was synthesized by spark plasma sintering (SPS) at different temperatures for 5 min under a load of 40 MPa. The influences of different sintering processes on relative density, hardness, thermal conductivity and microstructure at various layers of sintered samples were investigated. The experimental results indicated that the graded structure of the composite could be well densified after the SPS process. The relative density increased with the increment of sintering temperature and it was up to 96.53% as sintered at 1050 °C. In addition, the thermal conductivity reached 140 W/m·K at room temperature and 151 W/m·K at 800 °C, which could be ascribed to the specific structure that W particles enwrapped by net-like Cu. And the Vickers hardness was converted from 4.11 to 4.68 GPa.