粉末冶金碳纳米管/铜复合材料制备与性能研究
发布时间：2021-09-08 12:11
电子工业技术发展日益精进,智能设备、工程机械、运输设备、军工导弹、航空航天等领域内电子元器件功率日益提升,如何将工作产热高效率地排出,研发新型的封装热管理材料成为可行路径之一。铜（Cu）具有优异的电能热能传导能力,但是其力学强度较低;碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）不仅具有超高的电能热能传导能力,而且力学强度较高,但并不能直接应用到封装工艺中。本文希望通过两种材料的复合以满足当前愈为严苛的热管理需求,为改善CNTs团聚难分的状态和CNTs-Cu界面的结合,选用镀铜处理后的碳纳米管（Cu@CNTs）作为增强相弥散分布于Cu基体中,以期获得性能优良的Cu@CNTs/Cu复合材料从而满足工业使用要求。本课题以粉末冶金的相关工艺为基础,以Cu粉和Cu@CNTs作为原始材料,通过“机械混粉—室温压制—真空烧结—热挤压”的工艺流程制得了Cu@CNTs/Cu材料,通过OM,SEM,XRD等表征手段进行观察、分析,并对材料的力学和物理性能进行测试。课题内容主要包含以下部分:在机械混粉工艺制备Cu@CNTs/Cu复合粉末时,100h的混粉过程中原始材料的粉末形貌结构并未被破坏;通过...
【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】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纳米管表面功能化[39]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-9-部高强度磁场，该手段成功实现某种程度的定向排布，随着聚合物内部增强相添加量的增多时，管壁之间范德华力作用增加，使得团聚程度随之加重，而定向排布程度则大打折扣。1.5.3热挤压/轧制处理热挤压/轧制是材料加工领域常用的工艺方法，该过程中材料产生大量的塑性变形，碳纳米管会随着这些变形产生运动并且沿着变形方向分布，与此同时，分布状态会变得更加弥散均匀。Zhao[53]等人通过热锻对复合材料试样进行致密化，并通过模拉伸对碳纳米管进行对齐，碳纳米管平直排布于变形方向，并且弥散分布程度理想。添加量为5vol%时，材料的硬度和抗拉强度分别提高了67.3%和30.4%，力学强度和导电性呈现各向异性。1.6粉末烧结理论粉末烧结一般是在适当的温度与压力下，通过颗粒的移动与塑性变形，颗粒表面与界面间的原子扩散来进行致密化，烧结过程中，粉末颗粒的形貌与颗粒之间的孔隙会发生一系列的变化，具体示意图如图1.2所示。图1.2烧结时粉体形貌与粉体间孔隙的改变（a）粘结阶段（b）烧结颈长大阶段（c）孔隙球化阶段（d）孔隙缩小阶段（1）粘结阶段：烧结伊始，粉末颗粒之间的接触部位因能量提高产生形核、晶界长大等晶体结合现象，此时颗粒之间生长出烧结颈。在此阶段中，粉末颗粒形
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-图2.1Cu@CNTs和Cu原始粉末微观形貌(a)Cu@CNTs(b)低倍Cu粉(c)高倍Cu粉2.1.3原始粉末XRD分析将本课题所选用的原始材料完成X射线衍射分析，设备工作角度为5-90°。原始Cu粉特征峰明显，没有其他杂峰存在，如图2.2所示；同样，Cu@CNTs可以明显观察到Cu和CNTs的特征峰，两者间有交叉峰，没有其他杂峰存在，如图2.3所示。说明两种原始粉末纯度较高，无其他杂质存在，这对Cu@CNTs/Cu复合材料性能的优化有一定的积极意义。图2.2原始Cu粉的XRD图谱图2.3原始Cu@CNTs的XRD图谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]放电等离子烧结制备Cu-15Cr-15W复合材料[J]. 高思远,韩翠柳,何超,潘亚飞,张久兴. 粉末冶金工业. 2020(02)
[2]颗粒增强金属基复合材料的研究现状[J]. 马国彬,谭建波. 铸造设备与工艺. 2019(02)
[3]热管理用金属基复合材料的应用现状及发展趋势[J]. 张荻,谭占秋,熊定邦,李志强. 中国材料进展. 2018(12)
[4]钨铜合金电导率模型及理论值计算（英文）[J]. 王喜然,魏世忠,潘昆明,徐流杰,李秀青,单康宁. 稀有金属材料与工程. 2019(01)
[5]电子封装用SiCp/6063复合材料的制备与性能研究[J]. 修子扬,张强,王子鸣,蒋涵. 精密成形工程. 2018(01)
[6]金属/碳复合材料在热管理领域的应用[J]. 童伟,姚争争,陈名海,刘宁,李清文,徐文雷. 材料导报. 2016(01)
[7]电子封装基板材料研究进展及发展趋势[J]. 曾小亮,孙蓉,于淑会,许建斌,汪正平. 集成技术. 2014(06)
[8]高效热管理用金属基复合材料研究进展[J]. 李志强,谭占秋,范根莲,张荻. 中国材料进展. 2013(07)
[9]金属粉末压制成形理论与工艺进展[J]. 胡建华,尚会森,程呈,杜学超. 热加工工艺. 2012(20)
[10]机械球磨与放电等离子体烧结制备碳纳米管/铜复合材料[J]. 聂俊辉,贾成厂,张亚丰,史娜,李一. 粉末冶金工业. 2011(05)
博士论文
[1]纳米相增强铜基复合材料制备及强化机理研究[D]. 郭长虹.燕山大学 2019
[2]高分子复合材料导热性能的调控机制研究[D]. 孙颖颖.华北电力大学(北京) 2018
[3]Ti弥散强化超细晶AZ31镁合金制备与组织性能研究[D]. 周海萍.哈尔滨工业大学 2016
[4]短石墨纤维/铝电子封装材料的制备与性能研究[D]. 刘婷婷.北京科技大学 2015
[5]碳纳米管在铝基体上原位合成及其复合材料的组织与性能[D]. 李海鹏.天津大学 2008
硕士论文
[1]碳纳米管/铜复合材料的制备及性能研究[D]. 王艳.郑州航空工业管理学院 2019
[2]铜基碳纳米管复合材料的制备及其性能研究[D]. 骆传宇.西南交通大学 2019
[3]超顺排碳纳米管增强铜基复合材料的微观结构与性能研究[D]. 帅晶.清华大学 2017
[4]取向碳纳米管增强铜基复合材料的制备及性能研究[D]. 马允敏.燕山大学 2016
[5]碳纳米管铜基复合材料的制备及性能研究[D]. 史德璋.青岛科技大学 2015
[6]热管理用金刚石/Al复合材料的制备工艺与性能研究[D]. 杨伟锋.合肥工业大学 2014
本文编号：3390763
【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】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纳米管表面功能化[39]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-9-部高强度磁场，该手段成功实现某种程度的定向排布，随着聚合物内部增强相添加量的增多时，管壁之间范德华力作用增加，使得团聚程度随之加重，而定向排布程度则大打折扣。1.5.3热挤压/轧制处理热挤压/轧制是材料加工领域常用的工艺方法，该过程中材料产生大量的塑性变形，碳纳米管会随着这些变形产生运动并且沿着变形方向分布，与此同时，分布状态会变得更加弥散均匀。Zhao[53]等人通过热锻对复合材料试样进行致密化，并通过模拉伸对碳纳米管进行对齐，碳纳米管平直排布于变形方向，并且弥散分布程度理想。添加量为5vol%时，材料的硬度和抗拉强度分别提高了67.3%和30.4%，力学强度和导电性呈现各向异性。1.6粉末烧结理论粉末烧结一般是在适当的温度与压力下，通过颗粒的移动与塑性变形，颗粒表面与界面间的原子扩散来进行致密化，烧结过程中，粉末颗粒的形貌与颗粒之间的孔隙会发生一系列的变化，具体示意图如图1.2所示。图1.2烧结时粉体形貌与粉体间孔隙的改变（a）粘结阶段（b）烧结颈长大阶段（c）孔隙球化阶段（d）孔隙缩小阶段（1）粘结阶段：烧结伊始，粉末颗粒之间的接触部位因能量提高产生形核、晶界长大等晶体结合现象，此时颗粒之间生长出烧结颈。在此阶段中，粉末颗粒形
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-图2.1Cu@CNTs和Cu原始粉末微观形貌(a)Cu@CNTs(b)低倍Cu粉(c)高倍Cu粉2.1.3原始粉末XRD分析将本课题所选用的原始材料完成X射线衍射分析，设备工作角度为5-90°。原始Cu粉特征峰明显，没有其他杂峰存在，如图2.2所示；同样，Cu@CNTs可以明显观察到Cu和CNTs的特征峰，两者间有交叉峰，没有其他杂峰存在，如图2.3所示。说明两种原始粉末纯度较高，无其他杂质存在，这对Cu@CNTs/Cu复合材料性能的优化有一定的积极意义。图2.2原始Cu粉的XRD图谱图2.3原始Cu@CNTs的XRD图谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]放电等离子烧结制备Cu-15Cr-15W复合材料[J]. 高思远,韩翠柳,何超,潘亚飞,张久兴. 粉末冶金工业. 2020(02)
[2]颗粒增强金属基复合材料的研究现状[J]. 马国彬,谭建波. 铸造设备与工艺. 2019(02)
[3]热管理用金属基复合材料的应用现状及发展趋势[J]. 张荻,谭占秋,熊定邦,李志强. 中国材料进展. 2018(12)
[4]钨铜合金电导率模型及理论值计算（英文）[J]. 王喜然,魏世忠,潘昆明,徐流杰,李秀青,单康宁. 稀有金属材料与工程. 2019(01)
[5]电子封装用SiCp/6063复合材料的制备与性能研究[J]. 修子扬,张强,王子鸣,蒋涵. 精密成形工程. 2018(01)
[6]金属/碳复合材料在热管理领域的应用[J]. 童伟,姚争争,陈名海,刘宁,李清文,徐文雷. 材料导报. 2016(01)
[7]电子封装基板材料研究进展及发展趋势[J]. 曾小亮,孙蓉,于淑会,许建斌,汪正平. 集成技术. 2014(06)
[8]高效热管理用金属基复合材料研究进展[J]. 李志强,谭占秋,范根莲,张荻. 中国材料进展. 2013(07)
[9]金属粉末压制成形理论与工艺进展[J]. 胡建华,尚会森,程呈,杜学超. 热加工工艺. 2012(20)
[10]机械球磨与放电等离子体烧结制备碳纳米管/铜复合材料[J]. 聂俊辉,贾成厂,张亚丰,史娜,李一. 粉末冶金工业. 2011(05)
博士论文
[1]纳米相增强铜基复合材料制备及强化机理研究[D]. 郭长虹.燕山大学 2019
[2]高分子复合材料导热性能的调控机制研究[D]. 孙颖颖.华北电力大学(北京) 2018
[3]Ti弥散强化超细晶AZ31镁合金制备与组织性能研究[D]. 周海萍.哈尔滨工业大学 2016
[4]短石墨纤维/铝电子封装材料的制备与性能研究[D]. 刘婷婷.北京科技大学 2015
[5]碳纳米管在铝基体上原位合成及其复合材料的组织与性能[D]. 李海鹏.天津大学 2008
硕士论文
[1]碳纳米管/铜复合材料的制备及性能研究[D]. 王艳.郑州航空工业管理学院 2019
[2]铜基碳纳米管复合材料的制备及其性能研究[D]. 骆传宇.西南交通大学 2019
[3]超顺排碳纳米管增强铜基复合材料的微观结构与性能研究[D]. 帅晶.清华大学 2017
[4]取向碳纳米管增强铜基复合材料的制备及性能研究[D]. 马允敏.燕山大学 2016
[5]碳纳米管铜基复合材料的制备及性能研究[D]. 史德璋.青岛科技大学 2015
[6]热管理用金刚石/Al复合材料的制备工艺与性能研究[D]. 杨伟锋.合肥工业大学 2014
本文编号：3390763
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