不同粒径TiB2/Cu复合材料热传导模拟与实验

采用ANSYS对不同粒径TiB₂/Cu复合材料热传导过程进行模拟。采用粉末冶金法制备了不同粒径TiB₂增强的Cu复合材料,采用LINSEIS LFA1600激光导热仪测试了室温至280℃下的TiB₂/Cu复合材料热传导性能变化,并与模拟结果进行对比。结果表明:热导率模拟结果与实验结果吻合较好。在50~200℃之间,复合材料热导率变化不大,在6%~9%范围内波动。200℃之后,模拟值与实验值均呈现出随温度升高而增大的趋势,且吻合度较高。这是由于温度低于200℃时,在模拟过程中未考虑材料界面处两相不同热膨胀系数的影响,导致模拟值与实验值有较大的差异。当温度高于200℃时,模拟值和实验值吻合程度趋于稳定。在200℃时,由于两相热膨胀系数的影响,复合材料内部界面处等效应力大于Cu基体屈服强度,使其发生塑性变形,从而引起热导率发生较大幅度变化。此外,热导率随着TiB₂粒径的增大呈现出先提高后降低的趋势,在10 μm时达到最大。这是由于当颗粒直径小于临界平均直径时,颗粒直径的增大会减少界面数量,从而降低界面热阻。当颗粒直径大于临界平均直径时,平均自由程l的急剧增加导致热导率降低。