金刚石/Al复合材料的界面结构表征与性能研究

发布时间：2021-05-11 02:36

　　为了提高金刚石/Al复合材料性能的可靠性,考察不同界面结构的复合材料的性能,本文选取不同粒径、不同涂层金刚石与纯铝作为原料,采用真空气压浸渗法制备金刚石/铝复合材料,其中粒径从100μm至240μm选取5种粒径。金刚石表面的涂层选择无涂层、50nm W涂层、50nm WC涂层与100nm WC涂层,其中W涂层金刚石利用磁控溅射法制备,不同厚度WC涂层金刚石则利用不同厚度W涂层金刚石经过高温处理制备。当无涂层与50nm W涂层金刚石颗粒由100μm增加至240μm,复合材料热导率提高了22.5%与21.2%,同时弯曲性能与热膨胀性能也有所增强。所以确定了240μm为金刚石颗粒最优粒径,且这种规律不随涂层有无而改变。所以采用不同涂层的240μm金刚石颗粒作为增强体,得到不同界面结构的金刚石/铝复合材料。结果表明,无涂层金刚石/Al复合材料在制备时在界面处生成Al₄C₃相,观察断口形貌发现,金刚石{100}晶面易与铝发生反应,{111}晶面与铝存在脱粘现象。而金属或碳化物涂层金刚石对应的复合材料中可以明显改善这一现象,消除了铝基体对金刚石反应的界面... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 常用热管理金属基复合材料
        1.2.1 碳化硅颗粒增强金属基复合材料
        1.2.2 碳纤维增强金属基复合材料
        1.2.3 金刚石增强金属基复合材料
    1.3 金刚石/Al复合材料制备工艺
        1.3.1 无压浸渗法
        1.3.2 放电等离子烧结
        1.3.3 真空热压法
        1.3.4 挤压铸造法
        1.3.5 气压浸渗法
    1.4 金刚石涂层制备工艺
        1.4.1 化学气相沉积
        1.4.2 溶胶凝胶法
        1.4.3 磁控溅射法
    1.5 金刚石/Al复合材料的界面结构
        1.5.1 无涂层金刚石/Al复合材料的界面结构
        1.5.2 镀W金刚石/Al复合材料的界面结构
        1.5.3 WC涂层金刚石/Al复合材料的界面结构
    1.6 颗粒增强Al基复合材料可靠性研究
        1.6.1 温度冲击可靠性研究
        1.6.2 湿热环境可靠性研究
    1.7 主要研究内容
第2章 试验材料与试验方法
    2.1 试验材料
    2.2 试验方法
        2.2.1 磁控溅射镀膜工艺
        2.2.2 金刚石高温处理工艺
        2.2.3 复合材料密度测试
        2.2.4 复合材料物相分析
        2.2.5 复合材料显微组织观察
        2.2.6 复合材料三点弯曲测试
        2.2.7 复合材料热膨胀系数测试
        2.2.8 复合材料热导率测试
        2.2.9 复合材料温度冲击实验
        2.2.10 复合材料湿热环境实验
第3章 金刚石/Al复合材料的设计与制备
    3.1 引言
    3.2 高导热高可靠性金刚石/Al复合材料设计
        3.2.1 金刚石粒径的选择
        3.2.2 金刚石/Al复合材料界面结构设计
    3.3 金刚石/Al复合材料制备
        3.3.1 金刚石涂层制备
        3.3.2 真空气压浸渗法制备复合材料
    3.4 本章小结
第4章 金刚石/Al复合材料界面结构
    4.1 引言
    4.2 不同涂层金刚石/Al复合材料的界面产物
        4.2.1 金刚石/Al复合材料的物相分析
        4.2.2 金刚石/Al复合材料的组织形貌
    4.3 不同涂层金刚石/Al复合材料的界面结构
        4.3.1 W涂层金刚石/Al复合材料的界面结构
        4.3.2 WC涂层金刚石/Al复合材料的界面结构
    4.4 本章小结
第5章 金刚石/Al 复合材料的热性能与可靠性
    5.1 引言
    5.2 粒径对金刚石/铝复合材料性能的影响
        5.2.1 不同粒径的无涂层复合材料性能
        5.2.2 不同粒径的W涂层涂层复合材料性能
    5.3 界面结构对金刚石/铝复合材料性能的影响
        5.3.1 不同界面结构的金刚石/铝复合材料的性能
        5.3.2 不同界面结构金刚石/铝复合材料的导热机理
    5.4 不同涂层金刚石/Al复合材料可靠性研究
        5.4.1 湿热环境下复合材料的性能演化
        5.4.2 温度冲击下复合材料的性能演化
        5.4.3 湿热环境下复合材料组织演化机制
        5.4.4 温度冲击下复合材料组织演化机制
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]真空压力浸渗法制备金刚石/铝复合材料及其热性能[J]. 裴和君,欧阳求保,张荻,虞红,刘云猛.  机械工程材料. 2014(12)
[2]气体压力熔渗制备电子封装用金刚石/铝复合材料的研究[J]. 张洋,车子璠,李建伟,吴建华,王西涛.  人工晶体学报. 2014(09)
[3]镀层厚度对镀钛金刚石/铝复合材料热导率的影响[J]. 陈代刚,于家康,于威,袁曼.  中国有色金属学报. 2013(03)
[4]低成本金刚石/铝复合材料的研究[J]. 刘永正.  材料导报. 2013(04)
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[9]SiCp/2024A1复合材料及2024A1合金的微屈服行为[J]. 张帆,李小璀,金城,邱继明,胡正军.  金属学报. 1998(07)
[10]Preparation of Aluminum Matrix Composite by Pressureless Infiltration Process[J]. 李崇俊,马伯信,王抗利.  Rare Metals. 1998(01)

博士论文
[1]金刚石/铝复合材料的界面结构与导热性能[D]. 王平平.哈尔滨工业大学 2017

硕士论文
[1]W涂层对金刚石增强铝基复合材料组织与性能的影响[D]. 代晨.哈尔滨工业大学 2016
[2]金刚石表面处理对金刚石/铝复合材料组织性能的影响[D]. 李姝贤.北京有色金属研究总院 2015



本文编号：3180551