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）。     

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。     

退火石墨/铝复合材料热物理性能

随着电子器件热流密度的不断增加,热聚集产生的热点问题严重影响电子器件性能和应用,急需开发高效热扩散材料。采用真空热压烧结工艺制备了以6061铝合金为基体材料,退火石墨(Annealed pyrolytic graphite,APG)为导热组元的高导热复合材料。探究了退火石墨表面Ti元素的改性处理对退火石墨/铝复合材料的微观结构、界面结合状况的影响规律,研究讨论了退火石墨/铝层厚比对复合材料整体热、力性能的影响。结果表明,经Ti元素改性处理的退火石墨材料与铝之间形成了干净、紧密结合厚度在400 nm的Al-Ti-C界面。当Al∶APG∶Al的层厚比为1∶3∶1时,复合材料面内方向热扩散系数达901 mm²·s^-1,所承载最大抗弯强度为141 MPa,具有优异的综合性能。     

石墨鳞片-碳纤维协同增强铜基复合材料的制备与热物理性能

采用真空热压技术制备了石墨鳞片-碳纤维协同增强铜基复合材料,研究了碳纤维含量对复合材料的组织结构、抗弯强度与热导率的影响.结果表明,石墨鳞片-碳纤维/铜基复合材料界面结合良好;当碳纤维体积分数为0.5vol％～1.5vol％时,碳纤维能够均匀分散在基体中,并有效提升复合材料的抗弯强度.当碳纤维体积分数为1.5vol％时...     

高定向石墨/铜复合材料的制备和热物理性能

为了制备出具有优良热物理性能的石墨/铜复合材料,采用流延法将天然鳞片石墨定向排列在铜箔表面,并使用真空热压法制备具有层状结构的高定向石墨/铜复合材料。使用XRD和SEM等表征方法分析样品的微观形貌和成分,结果表明,在高温的作用下,流延所使用的溶剂充分挥发,热压后石墨仍高定向排列在相邻的两层铜箔之间,并相互搭接;部分熔化的铜在压力作用下渗透到石墨层的孔隙处,铜层之间相互贯穿。这种结构使石墨/铜复合材料具有优良的热物理性能。当石墨体积分数为20vol%~70vol%时,石墨/铜复合材料在高导热平面内热导率高达402~743 W/(m·K),抗弯强度达到126~48 MPa。深入讨论了石墨/铜复合材料的热传导机制,并建立了导热预测模型。      

碳化硅颗粒增强石墨/铝复合材料的热物理性能

片层石墨/铝复合材料具有低密度、高热导率的优点,但力学性能较差,目前无法作为一种可商业化应用的电子封装材料。为了改善片层石墨/铝复合材料的热物理性能,采用真空热压法制备了碳化硅颗粒增强石墨/铝复合材料,研究了碳化硅的含量对复合材料热导率、热膨胀系数和抗弯强度的影响。结果表明,经过高频振荡工艺,碳化硅-石墨/铝复合材料中石墨的排列取向良好。添加碳化硅颗粒能明显降低复合材料的热膨胀系数,提高抗弯强度,略微降低热导率。随着碳化硅颗粒体积分数增加,碳化硅-石墨/铝复合材料内部会逐渐出现孔洞缺陷,相对密度下降。当碳化硅和石墨的体积分数分别为15vol%、50vol%时,碳化硅-石墨/铝复合材料具有最优热物理性能,此时x-y方向热导率为536 W/(m·K)、热膨胀系数为6.4×10^-6m/K,抗弯强度为102 MPa,是一种十分具有商业前景的电子封装材料。     

添加石墨对热压法制备C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

以表面酚醛树脂包覆处理过的石墨颗粒,硝酸氧化处理的炭纤维和沥青为原料,经热压烧结制备短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料,利用环一块磨损试验机对材料进行了摩擦磨损实验,借助SEM观察样品的磨痕和磨屑,研究了不同石墨含量对样品摩擦磨损性能的影响.结果表明,随着石墨含量的增多,样品的密度和弯曲强度逐渐提高,同时在摩擦磨损表面形成具有自润滑作用的摩擦膜,有利于降低磨损量,并保持摩擦系数的稳定.添加适量的石墨可获得摩擦磨损性能优良的C/C复合材料.     

石墨纤维增强Al基复合材料界面反应机制研究

利用透射电子显微镜（ＴＥＭ）对不同条件下形成的石墨长纤维增强Ａｌ－Ｔｉ（０．３５ａｔ％）基复合材料的界面微观结构进行了比较研究。用高分辨象透射电子显微术研究了ＡＡｌ＿４Ｃ＿３的生长规律，结果表明Ａｌ＿４Ｃ＿３顶端与Ａｌ基体间的界面粗糙，生长机制为连续生长。两种生长机制在不问的生长驱动力作用下，具有不同的相对生长速率。因此在不同的材料制备工艺条件下，Ａｌ＿４Ｃ＿３的形态也表现出不同的特点。讨论了纤维分布情况对界面微观结构的影响，认为适当降低纤维体积含量对于进一步改善复合材料性能有利。     

高比例SiC_p/Al复合材料的有效热导率模型

有效热导率是铝基复合材料在电子封装、热控方面应用的重要性能指标.结合复合材料广义自洽微观力学模型,并在Maxwell理论的基础上,初步建立了适合高体积分数SiCp/Al复合材料的有效热导率预测模型.模型不仅考虑了颗粒与颗粒、颗粒与基体间的界面效应,而且在一定程度上也考虑了增强体颗粒的形状.其理论计算结果与实测值吻合较好.     

石墨表面TiC涂层对高定向石墨/Cu复合材料热导率和抗弯强度的影响

以高温盐浴法对天然鳞片石墨粉体(GF)进行表面TiC镀层处理,然后采用真空热压烧结法制备TiCGF/Cu复合材料,研究了粉体表面涂层和GF体积分数对复合材料微观结构、热导率及抗弯强度的影响。系列测试结果表明:随着GF体积分数的降低以及粉体表面TiC镀层的形成,TiC-GF/Cu复合材料平行于GF片层方向的热导率有所降低,抗弯强度有所提升。其中在GF的体积分数占TiC-GF/Cu复合材料70%时,这种变化最为明显,平行于GF片层方向的TiC-GF/Cu复合材料热导率下降幅度最大,从676W/(m·K)下降到526 W/(m·K)。同时,TiC-GF/Cu复合材料的微观结构进一步说明,GF表面的TiC涂层对GF/Cu复合材料的断裂模型起着重要的作用。     

Fabrication of Cu/graphite film/Cu sandwich composites with ultrahigh thermal conductivity for thermal management applications

Effective thermal management of electronic integrated devices with high powder density has become a serious issue, which requires materials with high thermal conductivity (TC). In order to solve the problem of weak bonding between graphite and Cu, a novel Cu/graphite film/Cu sandwich composite (Cu/GF/Cu composite) with ultrahigh TC was fabricated by electro-deposition. The micro-riveting structure was introduced to enhance the bonding strength between graphite film and deposited Cu layers by preparing a rectangular array of micro-holes on the graphite film before electro-deposition. TC and mechanical properties of the composites with different graphite volume fractions and current densities were investigated. The results showed that the TC enhancement generated by the micro-riveting structure for Cu/GF/Cu composites at low graphite content was more effective than that at high graphite content, and the strong texture orientation of deposited Cu resulted in high TC. Under the optimizing preparing condition, the highest in-plane TC reached 824.3 W·m⁻¹·K⁻¹, while the ultimate tensile strength of this composite was about four times higher than that of the graphite film.     

无压浸渗制备SiCp/Al复合材料的微观组织及弯曲性能

利用无压浸渗法制备高体积分数的SiCp/Al复合材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、微观组织及断口形貌进行分析,研究了基体合金成分对复合材料抗弯性能的影响。结果表明,以Al-10%Si-8%Mg合金为基体制备的复合材料组织均匀,致密度好,无明显气孔缺陷,界面反应产物为Mg2Si、MgAl2O4和Fe,且抗弯强度高于以Al-10%Si合金为基体制备的复合材料;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征。     

鳞片石墨取向对鳞片石墨/聚丙烯、鳞片石墨/尼龙66复合材料导热性能的影响

为了研究鳞片石墨在基体中的取向对复合材料导热性能特别是不同方向导热性能的影响,通过双螺杆挤出混合及注射成型制备了鳞片石墨/聚丙烯（PP）、鳞片石墨/尼龙66（PA66）导热复合材料,并利用扫描电子显微镜和超声波测试对制备的样品进行了分析。结果表明：鳞片石墨的粒径越小,平面取向度越高,平面与垂直方向的热导率差值越大。加工中双螺杆挤出机的过度剪切会破坏鳞片石墨的片层结构,影响鳞片石墨导热网络的形成,降低复合材料的热导率,但提高了材料导热的各向均匀性。适度的剪切可以打开鳞片石墨的片层结构,提高复合材料的热导率,注射成型更多影响到制品导热的各向异性。     

膨胀石墨/石蜡相变复合材料有效导热系数的数值计算

通过膨胀石墨粉与石蜡混合制备相变复合材料可有效提高该储能材料的传热性能。为研究膨胀石墨/石蜡相变复合材料的导热机制,提出了膨胀石墨粉与石蜡混合后的3尺度层次固体有效导热系数计算方法。然后,通过数值模拟计算得到了具有不同体积分数和不同导热系数的膨胀石墨导热颗粒的膨胀石墨/石蜡相变复合材料的有效导热系数。结果表明:膨胀石墨能够有效地提高石蜡的导热性能,当膨胀石墨的体积分数为10%时,膨胀石墨/石蜡相变复合材料的有效导热系数是纯石蜡的9倍。此外,提高底层尺度的石墨片与石蜡的混合程度及降低底层尺度石墨的体积分数都能有效提高膨胀石墨/石蜡相变复合材料的有效导热系数。所得结论为探究膨胀石墨粉提高相变复合材料导热系数的机理奠定了基础。     

热扩散制备高导电性铜/铝双金属复层材料及界面组织性能调控研究

目的 采用热扩散方法制备Cu/Al双金属复层材料,研究热扩散下界面生成的物相种类及工艺参数对界面物相厚度的影响,以期获得兼具力学性能和良好导电性的Cu/Al双金属复层材料.方法 在温度区间为550～570℃、压力为28 MPa和保温扩散时间为20～40 min的工艺条件下,用真空热压烧结炉对1 mm厚的Al箔和7.68...     

金刚石/Al(或AlSi合金)复合材料性能衰退及抑制

采用气体压力浸渗法制备了金刚石/Al、金刚石/AlSi7和金刚石/AlSi9复合材料,对比研究了其暴露在空气中的性能衰退行为。研究表明,界面反应产物Al₄C₃会潮解生成Al（OH）₃,增大界面热阻,导致金刚石/Al复合材料性能衰退。Al基体中添加Si元素可以显著降低其性能衰退速率,其机制为:金刚石中C元素在Al液中溶解度的降低和Si在金刚石颗粒表面的优先析出,抑制了Al₄C₃的生成量;此外,金刚石/AlSi复合材料致密度的提高,对Al₄C₃与水汽的接触起到阻碍作用。讨论了抑制金刚石/Al复合材料性能衰退的几种可行方法,有望进一步提高其在潮湿环境中的使用寿命。      

热压烧结镀Cr碳纤维/Cu复合材料的制备及热性能

采用热压法将拥有超高导热率和负热膨胀系数（CTE）的中间相沥青基短碳纤维（CF_s）与Cu复合,并利用化学气相沉积技术对CF_s镀Cr以改善其与Cu的结合状况,研究了所制备的镀Cr CF_s/Cu复合材料的显微结构与热性能。结果表明：在制备中Cr层的大部分与CF_s表层的C反应形成连续、均匀的界面薄层Cr₇C₃,少量的扩散于Cu基体中,使CF_s与Cu之间的界面由结合极差的机械结合转化成良好的冶金结合,有效提升了复合材料的热性能。CF_s含量为40vol%~55vol%时,镀Cr CF_s/Cu复合材料致密度高于97.5%,平面方向上的热导率达393~419 W（mK）^-1,平面方向的CTE在5.1×10^-6~8.4×10^-6 K^-1之间。高的热导率、低的CTE以及优良的可加工性能使其成为极有潜力的电子封装材料。