金属基复合材料界面问题

金属基复合材料都要在基体合金熔点附近的高温下制备。在制备过程中，纤维，晶须、颗粒等增强体与基体净发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。界面结构和性能对金属基复合材料的的性能起着决定性作用，深入研究的掌握界面反应和界面影响性能的规律，有效地控制界面的结构和性能，是获得高性能金属基复合材料的关键。     

金属基复合材料界面表征及其进展

界面是复合材料极其重要的组成部分，全面而确切地表征界面是控制和改善复合材料的最重要基础之一。本文从界面组成及成分变化、界面区的位错分布、界面残余应力的测定和界面结构的高分辨观察及其原子模拟等四个方面综述了金属基复合材料界面表征的方法及其最新进展。     

金属基复合材料界面表征及其进展

界面是复合材料极其重要的组成部分，全面而确切地表征界面是控制和改善复合材料的最重要基础之一。本文从界面组成及成分变化、界面区的位错分布、界面残余应力的测定和界面结构的高分辨观察及其原子模拟等四个方面综述了金属基复合材料界面表征的方法及其最新进展。     

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。     

金属基复合材料界面残余应力的研究进展

综述了金属基复合材料界面残余应力的各种影响因素、残余应力的实验测试方法和理论分析方法及残余应力对复合材料宏观力学性能的影响,分析讨论了目前研究中存在的问题和不足之处,并指出了今后工作的重点与方向.     

金属基复合材料凝固界面颗粒行为的研究进展

综述了凝固界面与异相颗粒相互作用的理论模型及实验验证状况，并介绍了利用金属基复合材料进行研究的新进展。     

金属基复合材料界面强度测试方法的研究

通过对拉拔法和顶出法的试样制备、测试方法和两种方法的对比等方面的研究,得知顶出法更适合于金属基复合材料界面强度的测试.     

金属基复合材料界面摩擦剪切强度的测试

用自制的亚微压痕仪测得了一组金属基复合材料的载荷一位移曲线，以决定纤维从基体中拔出时的滑动力，由于试件很薄，可估算得界面摩擦剪切强度。     

金属基复合材料界面反应控制研究进展

金属基复合材料可以通过基体合金成分改变、增强体的形态和种类选择及工艺控制等要素获得不同的材料特性,因而具有很强的可设计性。在金属基复合材料性能设计中,界面状态的控制是核心内容。归纳了作者近几年在金属基复合材料界面控制研究方面的研究工作,包括利用工艺技术方法控制Cf/Al有害界面反应,获得TiB2/Al自润滑界面;利用基体合金化方法控制SiC/Al和Cf/Al有害界面反应,获得W/Cu固溶体界面等方面的理论与实践。研究表明,采用材料制备工艺和基体合金化等方法控制界面反应热力学和动力学过程可以实现抑制有害界面产生及获得有益界面,而且是十分简捷、有效和低成本的方法。     

石墨烯增强金属基复合材料界面研究进展

金属基复合材料是由高强度增强相与金属基体组成,因具备优良的综合性能,在各领域内展现出广阔的应用潜力。与常规增强相不同,石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角呈蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,因其独特的结构而具有优异的电学、力学、热学和光学等特性。石墨烯增强金属基复合材料已经成为先进复合材料领域的研究热点,而对于金属基复合材料,其综合性能与界面的结构和性质关联密切。从近年来石墨烯增强金属基复合材料界面微观组织及理论研究出发,对常见石墨烯增强金属基复合材料体系的界面结构及力学性能进行总结,同时总结计算机模拟手段在分析界面结构、界面结合强度以及界面微观断裂机制等方面的进展,为设计和优化金属基复合材料界面提供理论依据。     

Thermal Conductivity Behavior of Carbon Nanotubes Reinforced Copper Matrix Composites

Carbon nanotubes (CNT) exhibit excellent thermal conductivity.Therefore they are potential reinforcements in composites materials for thermal management applications,where high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion (CTE) are required.In the present study,CNT/Cu composites containing CNTs varying from 0 vol.％ to 15 vol.％ were prepared,and their thermal conductivity behavior was studied in detail.The results indicated that the thermal conductivity of the composites shows no enhancement by the incorporation of CNTs.The presence of interfacial thermal resistance and high level of porosity are the main reasons for this low thermal conductivity.The well dispersed 0-10 vol.％ CNTs composites show a very close to the thermal conductivity of Cu.However,the addition of 15 vol.％ CNTs results in a rather low thermal conductivity of CNT/Cu composites due to the presence a high level of porosity induced by the formation of CNT clusters.The present paper also claims that a further substantial enhancement in thermal conductivity is only possible if the nanotubes are randomly oriented in the plane or if they are all aligned in one direction,for which the processing of CNTs-aligning in metal matrix should be developed.     

高导热金刚石/铜复合材料界面修饰研究进展

界面结合良好的金刚石/铜复合材料具有优异的热物理性能。通过各种手段修饰金刚石-铜界面能够充分发挥金刚石/铜复合材料的高导热潜力。综述了制备金刚石/铜复合材料时主要的两类界面修饰方法:金刚石表面预镀碳化物形成元素和对铜基体预合金化,并对这两类修饰手段的制备工艺和导热机制进行了简单评述。探讨了金刚石/铜复合材料制备及界面修饰领域目前存在的问题及发展趋势。     

影响碳/金属复合材料导热性能的主要因素探讨

碳/金属复合材料在充分发挥增强体高导热、低热膨胀等优异性能的同时,还结合了金属材料易成形性等特点,成为近年来新型热管理材料的研究热点之一。目前,高性能导热复合材料仍存在一些关键问题亟待解决,如:碳材料与金属基体之间的界面调控、材料在制备过程中易产生微观裂纹等缺陷以及增强体空间排布的优化设计等。本文介绍常用高导热碳/金属复合材料的制备方法,并对影响金属基复合材料导热性能的因素及相应的改进措施进行了深入探讨。     

导热型碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展

综述了导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)的研究与应用现状和进展,阐述了CFRP的声子导热和光子导热机理,介绍了不同铺层角度和铺层比的CFRP面内和厚度方向热导率计算模型及测试方法,分析了环氧树脂、氰酸酯、双马来酰亚胺等3类树脂体系和聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、中间相沥青基碳纤维、气相生长碳纤维、碳纳米管纤维等4类增强体以及工艺方法等因素对CFRP热导率的影响.     

高空间分辨率的热测试技术——扫描热显微技术

简述了用扫描热显微技术进行高空间分辨率热测量 试的技术特点和研究现状,介绍了实际测试的情况,初步分析了扫描热地和样品表面间的传热机理,提出了进一步研究的方向。     

金刚石/金属基复合新型热管理材料的研究与进展

先进微电子技术的飞速发展推动了于功能结构一体化新型热管理材料的研发。以高导热金刚石/金属基(铝、铜、银)复合材料为重点,综述了其优异的性能特点、近年来国内外的制备方法和研究进展、市场化应用现状等,分析了晶体结构、材料组分、微观界面等对复合材料热性能的影响,并进一步提出了该方向亟待解决的问题。     

碳纳米管增强镁基复合材料导热性能研究

镁及其合金是目前最轻的金属结构材料,合金化虽然提升了镁合金的力学性能,但导致其导热性能严重下降,限制了镁合金的应用。碳纳米管(CNTs)因具有优异的力学、热学等性能,是最理想的增强体之一,可以用于改善镁合金的力学性能和热学性能。采用粉末冶金法分别以纯Mg、Mg-9Al合金、Mg-6Zn合金为基体制备了不同CNTs含量的镁基复合材料,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料微观组织、基体与增强体界面及析出相进行表征,并对复合材料的拉伸性能和热学性能进行测试。研究结果表明,当CNTs质量分数不超过1.0%时,可提高纯镁基复合材料的导热性能,力学性能仅有稍微降低;将CNTs添加到Mg-9Al合金中,可以促进纳米尺度β-Mg 17 Al 12相在CNTs周围析出,降低了Al在Mg基体中的固溶度,使CNTs/Mg-9Al复合材料的导热性能有所提高。此外,在CNTs/Mg-6Zn复合材料界面处存在C原子和Mg原子的相互嵌入区,这种嵌入型界面不仅有利于复合材料力学性能的提高,也使CNTs起到加速电子移动的“桥”的作用,有利于该复合材料热导率的提高。当CNTs质量分数为0.6%时,CNTs/Mg-6Zn复合材料具有较为优异的热学性能和力学性能,其热导率为127.0 W/(m·K),抗拉强度为303.0 MPa,屈服强度为204.0 MPa,伸长率为5.0%。     

Imaging of Thermal Conductivity with Sub-Micrometer Resolution Using Scanning Thermal Microscopy

With the development of new emerging technologies, many objects in scientific research and engineering are of sub-micrometer and nanometer size, such as microelectronics, micro-electro-mechanical systems (MEMS), biomedicines, etc. Therefore, thermal conductivity measurements with sub-micrometer resolution are indispensable. This paper reports on the imaging of various micrometer and sub-micrometer size surface variations using a scanning thermal microscope (SThM). The thermal images show the contrasts indicating the differences of the local thermal conductivity in the sample. Thermal resistance circuits for the thermal tip temperature are developed to explain the heat transfer mechanism between the thermal tip and the sample and to explain the coupling between the local thermal conductivity and the topography in the test results.