高速列车IGBT用石墨烯/铜复合材料的制备与理论模拟研究

发布时间：2024-03-10 01:32

　　随着轨道交通技术装备的快速发展,列车IGBT等电力电子器件功率密度不断提高,热疲劳对器件的影响越来越显著,这对电子封装和电子散热材料提出了更高的性能要求。本文以石墨烯(G)增强铜基复合材料为研究对象,采用基体合金化和放电等离子烧结相结合的方法制备了还原氧化石墨烯/铜钛(RGO/CuTi)复合材料。该复合材料具有较高的热导率,低热膨胀系数,高屈服抗拉强度。通过测试表征重点研究了该复合材料的界面结构和界面产物。并采用基于密度泛函理论的第一性原理计算软件对复合界面进行模拟仿真,在原子电子尺度研究了复合界面的结合机制。主要研究结果如下:(1)球磨处理CuTi混合粉末,使得CuTi混合粉末具有较高的比表面积,有利于RGO在混合粉体中均匀分散。烧结时采用了相对较低的SPS温度(700℃)和较短的保温时间(5 min),在复合界面处原位形成了Ti₈C₅相。Ti₈C₅相是由G中的非晶态碳纳米层/纳米颗粒中的活性碳源与CuTi基体中的Ti反应,并成核生长形成的。Ti₈C₅相...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1（a）纯镁的断裂面SEM图像；（b）Ma-1Al-0.30GNPs复合材料断裂面SEM图像；（c）维氏硬度；（d）纯镁及复合材料的应力-应变曲线[15]

兰州交通大学硕士学位论文-3-量为0.5%的石墨烯/铝复合材料的维氏硬度和抗拉强度与铝基体相比分别提高了18%和33%。1.2.2石墨烯增强镁基复合材料镁（Mg）的密度为1.74g/cm3，是铝密度的三分之二。镁是碱金属中最轻的结构金属。纯镁的强度小，但是镁合金是良好的轻型结构材....

图1.2（a）Mg断口SEM图；（b）0.25wt.%GNPs-Mg断口SEM图；（c）0.25wt.%GNPs-Mg复合材料拉伸断裂后位错结构的TEM图片g=(0002)；（d）为（b）图局部高分辨率SEM图，断面中GNPs由虚线标明；（e）0.25wt.%GNPs-Mg复合材料拉伸断裂后位错结构的TEM图片g=(1010)；（f）Mg和复合材料的拉伸曲线[16]

高速列车IGBT用石墨烯/铜复合材料的制备与理论模拟研究-4-构强度，有助于溶解复合基体中的Mg17Al12金相。在高温下该复合材料的断裂强度显著提升，随着温度的升高，复合材料的断裂模式由脆性断裂转变为韧性断裂。同时Pan[15]等还采用添加了铝粉的镁粉与石墨烯纳米片（GNPs）....

图1.3（a）0.5wt%MLG/Ti复合材料中Ti相中的位错TEM图像；（b）0.5wt%MLG/Ti复合材料中MLG-Ti界面HRTEM图像；（c）和（d）为1.5wt%MLG/Ti复合材料中MLG-Ti界面SEM图像[18]

高速列车IGBT用石墨烯/铜复合材料的制备与理论模拟研究-6-从图1.3（d）可以看出，由于石墨烯层间相对较弱的范德华结合导致石墨烯层间容易发生分裂或相对滑动，最终导致MLG发生层间分裂。Mu[21]等采用球磨、放电等离子烧结和热轧的工艺制备了石墨烯增强钛基复合材料。通过化学镀镍....

图1.4（a）典型植物叶片结构图；（b）LCGH示意图；（c）Cu/LCGHs复合材料的应力-应变曲线；（d）叶片状CNT-GNR混合物的HRTEM图像；（e）Cu/LCGHs复合材料的HRTEM图像[22]

兰州交通大学硕士学位论文-7-取的铜制造武器、式具和其他器皿。铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。铜具有优良的机械性能和物理特性，被广泛地应用在电子电气工业、轻工业和交通运输业中。随着工业化的发展，对铜基材料提出了更高的要求，既要拥有优良的导电/导热性能，又要具有较高的强度。为....

本文编号：3924044