金刚石/铝复合材料的界面结构与导热性能
发布时间：2021-11-08 02:21
航天电子功率器件向小型化、轻量化、高功率密度、高效能方向发展,而散热问题已经成为制约电子设备可靠性和效率的关键,因此迫切需求低密度、高导热的热管理材料。本文利用挤压铸造方法设计并成功制备了具有超高导热特性的金刚石/铝复合材料。利用扫描电镜、透射电镜、激光导热系数测量和三点弯曲测试等多种手段,系统研究了复合材料的界面微观组织及形成机理、复合材料的力学行为、导热性能及热循环稳定性,并基于对界面热传输特性的分析和现有导热模型,提出一种金刚石/铝复合材料热导率预测的方法。根据Hasselman-Johnson模型,选用粒径40200μm的金刚石颗粒作为研究对象;界面热阻的计算表明,界面相Al4C3的厚度小于840nm时,对复合材料的热传导是有利的。为了实现金刚石与铝的充分润湿和反应控制,基于界面反应动力学原理,设计采用延长保压时间、提高浸渗温度、降低冷却速度工艺,实现了复合材料的致密化和界面结构调控,获得了超高导热性能。显微组织观察表明,通过制备工艺调节,金刚石/铝复合材料的界面结合实现了由完全脱粘界面结合向选择性界面结合、完全粘附界面结合的转变。透射组织观察表明,完全粘...
【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】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电子封装材料的热膨胀系数和热导率
、制备温度低、效率高等优点。SPS 制备金刚石能如图 1-2 所示。界面完全脱粘是由于烧结温度，导致金刚石与铝的界面反应不充分，界面结合备体积分数超过 50%的复合材料[87]，这点与金而期望高体积分数的宗旨背道而驰。此外，SPS；设备工作区域尺寸较小，使得制备材料的尺寸
如图 1-3 所示，烧结温度由 600℃提高至 650℃，界面结合由脱粘转变为选择性粘合，热导率由 261W/(m K)提高至 400W/(m K)，增加了 53%；烧结时间由 15min 增至 90min，界面结合逐渐增强，热导率由 340W/(m K)提高至473W/(m K)，增加了 39%。VHP 与 SPS 最显著的不同在于，前者的烧结时间较长，可以为界面扩散或反应提供条件。但在 C-Al 体系中，碳原子在铝中的溶解度非常低，低于铝熔点时，C-Al 反应速率很低[92]，金刚石比其他碳材料具有更低的表面能，因而，在低于铝熔点的温度下延长烧结时间对界面结合的提升作用有限。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thermal properties of diamond/Al composites by pressure infiltration:comparison between methods of coating Ti onto diamond surfaces and adding Si into Al matrix[J]. Cai-Yu Guo,Xin-Bo He,Shu-Bin Ren,Xuan-Hui Qu. Rare Metals. 2016(03)
[2]电子封装用金属基复合材料的研究进展[J]. 曾婧,彭超群,王日初,王小锋. 中国有色金属学报. 2015(12)
[3]轧制与退火处理对粉末冶金Cu/Invar电子封装复合材料结构和性能的影响（英文）[J]. 吴丹,杨磊,史常东,吴玉程,汤文明. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(06)
[4]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)
[5]颗粒粒径对喷射沉积制备SiC颗粒增强铝硅合金复合材料显微组织及拉伸性能的影响[J]. 李微,陈荐,何建军,邱玮,任延杰. 机械工程材料. 2013(04)
[6]不同类型金刚石原始性能对比研究[J]. 董应虎,何新波,罗铁刚,曲选辉. 矿业研究与开发. 2011(05)
[7]Predicted interfacial thermal conductance and thermal conductivity of diamond/Al composites with various interfacial coatings[J]. LIANG Xuebing a , JIA Chengchang a , CHU Ke b , and CHEN Hui a a School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China b General Research Institute for Nonferrous Metals (GRINM), Beijing 100083, China. Rare Metals. 2011(05)
[8]Review of metal matrix composites with high thermal conductivity for thermal management applications[J]. Xuan-hui QU,Lin ZHANG,Mao WU,Shu-bin REN State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, Beijing Key Laboratory for Powder Metallurgy and Particulate Materials, University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China. Progress in Natural Science:Materials International. 2011(03)
[9]SiC粒度及粉末装载量对SiCp/Al复合材料热循环行为及力学性能的影响[J]. 任淑彬,沈晓宇,何新波,曲选辉. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(02)
[10]放电等离子烧结法制备高导热金刚石/Al复合材料[J]. 沈晓宇,任淑彬,刘楠,何新波,曲选辉. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(02)
博士论文
[1]B4C/2024Al复合材料界面结构及高温高应变速率变形行为[D]. 周志嵩.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3482811
【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】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电子封装材料的热膨胀系数和热导率
、制备温度低、效率高等优点。SPS 制备金刚石能如图 1-2 所示。界面完全脱粘是由于烧结温度，导致金刚石与铝的界面反应不充分，界面结合备体积分数超过 50%的复合材料[87]，这点与金而期望高体积分数的宗旨背道而驰。此外，SPS；设备工作区域尺寸较小，使得制备材料的尺寸
如图 1-3 所示，烧结温度由 600℃提高至 650℃，界面结合由脱粘转变为选择性粘合，热导率由 261W/(m K)提高至 400W/(m K)，增加了 53%；烧结时间由 15min 增至 90min，界面结合逐渐增强，热导率由 340W/(m K)提高至473W/(m K)，增加了 39%。VHP 与 SPS 最显著的不同在于，前者的烧结时间较长，可以为界面扩散或反应提供条件。但在 C-Al 体系中，碳原子在铝中的溶解度非常低，低于铝熔点时，C-Al 反应速率很低[92]，金刚石比其他碳材料具有更低的表面能，因而，在低于铝熔点的温度下延长烧结时间对界面结合的提升作用有限。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thermal properties of diamond/Al composites by pressure infiltration:comparison between methods of coating Ti onto diamond surfaces and adding Si into Al matrix[J]. Cai-Yu Guo,Xin-Bo He,Shu-Bin Ren,Xuan-Hui Qu. Rare Metals. 2016(03)
[2]电子封装用金属基复合材料的研究进展[J]. 曾婧,彭超群,王日初,王小锋. 中国有色金属学报. 2015(12)
[3]轧制与退火处理对粉末冶金Cu/Invar电子封装复合材料结构和性能的影响（英文）[J]. 吴丹,杨磊,史常东,吴玉程,汤文明. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(06)
[4]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)
[5]颗粒粒径对喷射沉积制备SiC颗粒增强铝硅合金复合材料显微组织及拉伸性能的影响[J]. 李微,陈荐,何建军,邱玮,任延杰. 机械工程材料. 2013(04)
[6]不同类型金刚石原始性能对比研究[J]. 董应虎,何新波,罗铁刚,曲选辉. 矿业研究与开发. 2011(05)
[7]Predicted interfacial thermal conductance and thermal conductivity of diamond/Al composites with various interfacial coatings[J]. LIANG Xuebing a , JIA Chengchang a , CHU Ke b , and CHEN Hui a a School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China b General Research Institute for Nonferrous Metals (GRINM), Beijing 100083, China. Rare Metals. 2011(05)
[8]Review of metal matrix composites with high thermal conductivity for thermal management applications[J]. Xuan-hui QU,Lin ZHANG,Mao WU,Shu-bin REN State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, Beijing Key Laboratory for Powder Metallurgy and Particulate Materials, University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China. Progress in Natural Science:Materials International. 2011(03)
[9]SiC粒度及粉末装载量对SiCp/Al复合材料热循环行为及力学性能的影响[J]. 任淑彬,沈晓宇,何新波,曲选辉. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(02)
[10]放电等离子烧结法制备高导热金刚石/Al复合材料[J]. 沈晓宇,任淑彬,刘楠,何新波,曲选辉. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(02)
博士论文
[1]B4C/2024Al复合材料界面结构及高温高应变速率变形行为[D]. 周志嵩.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3482811
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3482811.html
