热界面复合材料研究及Al/TPG导热叠层结构设计

发布时间：2020-12-09 19:57

　　高导热、低密度和低硬度的热解石墨（Thermal pyrolytic graphite,TPG）是一种理想的热管理材料,但是它存在强度低、焊接困难等缺陷。为实现TPG在高功率电子元器件热管理中的应用,需要通过合理的方式对其进行复合封装。具有足够强度和刚度的高导热金属/TPG叠层结构成为先进热管理材料领域的研究热点,而金属和TPG间的热界面材料是保障金属/TPG导热叠层结构的散热性能和结构可靠性的关键。因此,本文以高性能热界面环氧复合材料作为研究对象,着重开展了高导热环氧复合材料的设计与制备工艺、热导率的理论计算、热学与力学性能研究,以及Al/TPG叠层结构的设计与散热性能数值研究。主要研究工作和成果如下:（1）开展了多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs）增强环氧复合材料的内部界面热阻及其对复合材料热导率的影响研究。提出了一种降低环氧复合材料内部界面热阻的工艺方法:通过表面硅烷化改性在MWCNTs表面分别接枝了巯基（-SH）或烯基（-C=C）,改善了MWCNTs与环氧树脂间的相容性,降低了两者间的界面热阻;再通过巯基与烯基间的点击反应,在... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 先进热管理材料
        1.2.1 金刚石热管理材料
        1.2.2 石墨热管理材料
        1.2.3 金属/TPG叠层复合材料
    1.3 导热环氧复合材料的研究进展
        1.3.1 金属填料
        1.3.2 陶瓷填料
        1.3.3 高性能碳填料
        1.3.4 混杂填料
    1.4 填充型环氧复合材料导热性能的影响因素
    1.5 填充型复合材料导热性能的预测模型
    1.6 本文研究内容
第2章 碳纳米材料的表面改性及其增强环氧复合材料的导热性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验原料与测试
        2.2.1 实验原料和试剂
        2.2.2 碳纳米材料表面改性工艺和复合材料制备方法
        2.2.3 测试设备和热导率测试方法
    2.3 碳纳米管表面改性及其增强环氧复合材料的导热性能
        2.3.1 碳纳米管的表面改性
        2.3.2 碳纳米管/环氧复合材料的微观结构
        2.3.3 碳纳米管/环氧复合材料的导热性能
    2.4 石墨烯/环氧复合材料的导热性能
        2.4.1 石墨烯/环氧复合材料的微观形貌
        2.4.2 石墨烯/环氧复合材料的热导率
        2.4.3 石墨烯/环氧复合材料热导率影响因素的理论分析
    2.5 本章小结
第3章 镀银玻纤的制备及其增强环氧复合材料的热学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验原料和测试
        3.2.1 实验原料和试剂
        3.2.2 镀银玻纤的制备
        3.2.3 复合材料的制备
        3.2.4 测试设备和热导率测试方法
    3.3 镀银玻纤的导热性能
        3.3.1 镀银玻纤的制备及其微观形貌
        3.3.2 镀银玻纤导热性能的影响因素
    3.4 镀银玻纤/环氧复合材料的导热性能及其预测模型
        3.4.1 镀银玻纤/环氧复合材料的微观组织
        3.4.2 镀银玻纤/环氧复合材料的导热性能
    3.5 镀银玻纤/环氧复合材料热导率的理论预测
        3.5.1 基于MG-EMA模型的复合材料热导率的预测
        3.5.2 基于Agari模型的复合材料热导率的预测
    3.6 本章小结
第4章 石墨烯/镀银玻纤/环氧复合材料的热学性能和力学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验原料和测试
        4.2.1 实验原料和试剂
        4.2.2 复合材料的制备
        4.2.3 测试设备和热导率测试方法
    4.3 混杂填料增强环氧复合材料的热导率
        4.3.1 混杂填料的配合比
        4.3.2 混杂填料增强环氧复合材料的热导率
        4.3.3 混杂填料增强环氧复合材料的热膨胀系数
    4.4 混杂填料增强环氧复合材料的力学性能
        4.4.1 混杂填料增强环氧复合材料的DMA分析
        4.4.2 混杂填料增强环氧复合材料的粘接强度
    4.5 本章小结
第5章 Al/TPG导热叠层结构的设计和有限元分析
    5.1 引言
    5.2 基本方程
        5.2.1 导热基本定律
        5.2.2 线弹性本构关系
    5.3 Al/TPG三明治叠层结构的散热性能和界面热应力分析
        5.3.1 有限元分析模型的建立
        5.3.2 结果分析
    5.4 Al/TPG叠层结构设计及影响因素分析
        5.4.1 复合构型对Al/TPG叠层结构散热性能和界面热应力的影响
        5.4.2 铝板厚度对T型叠层结构散热性能和界面热应力的影响
        5.4.3 热界面材料厚度对T型叠层结构散热性能和界面热应力的影响
        5.4.4 热流密度对T型叠层结构散热性能和界面热应力的影响
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论和创新点
        6.1.1 本文结论
        6.1.2 创新点
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果及参与的项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]铜/环氧复合材料导热性能的三维数值模拟研究[J]. 陆曼,鲍睿,晏石林,邵世东.  玻璃钢/复合材料. 2015(11)
[2]金刚石颗粒增强金属基高导热复合材料的研究进展[J]. 王西涛,张洋,车子璠,李建伟,张海龙.  功能材料. 2014(07)
[3]铝基复合金属粉末钎焊石墨的界面结构及性能[J]. 邓利霞,李国栋.  粉末冶金材料科学与工程. 2011(04)
[4]PP/β成核剂共混体系的动态机械性能及热失重性能的分析[J]. 徐德增,韩笑,齐兴华.  塑料科技. 2010(06)
[5]定向高导热碳材料及其热管理结构设计[J]. 李同起,胡子君.  宇航材料工艺. 2007(01)
[6]高导热炭基功能材料研究进展[J]. 吕瑞涛,黄正宏,康飞宇.  材料导报. 2005(11)
[7]导热塑料研究进展[J]. 周文英,齐暑华,武鹏,邱华,涂春潮,杨辉.  工程塑料应用. 2004(12)
[8]环氧树脂在电子封装中的应用及发展方向[J]. 李晓云,张之圣,曹俊峰.  电子元件与材料. 2003(02)
[9]高定向热解石墨的研制[J]. 颜志齐,李建国,徐红军,刘玉环.  炭素技术. 1984(03)



本文编号：2907401