壓力浸滲制備石墨增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其性能研究.pdf

1、隨著大功率電子器件、激光技術(shù)、LED照明及電子產(chǎn)品小型化趨勢的快速發(fā)展，對(duì)高效熱管理材料提出了越來越高的要求，已經(jīng)成為制約微電子器件性能進(jìn)一步提升的重大瓶頸，亟待開發(fā)新一代高性能的散熱材料。鋁/碳復(fù)合材料由高結(jié)晶大片鱗片石墨和基體鋁合金組成，具有石墨片熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低、密度低和金屬可加工性、高性價(jià)比等特點(diǎn)，是新一代散熱材料的典型代表。
　　本文采用壓力浸滲制備石墨片增強(qiáng)鋁基熱管理復(fù)合材料。首先將石墨片與碳化硅和鋁粉顆?；旌侠?/p>

2、壓成型，充分利用粉末顆粒將預(yù)制體中的石墨片堆垛層分隔開，從而制造預(yù)制體中的孔隙以便于后期鋁液的浸滲。然后采用高壓力將熔融的金屬熔體擠入預(yù)制體中制備樣品，利用壓力解決了鋁液與碳材料潤濕性差的問題。研究了壓力浸滲時(shí)最佳的模具預(yù)熱溫度以及改變復(fù)合材料中石墨片體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料熱學(xué)性能和組織的影響;另外，采用性能更好的硅和氮化鋁取代碳化硅制備復(fù)合材料，并摸索了利用石墨烯對(duì)氮化鋁進(jìn)行改性的工藝。
　　研究結(jié)果表明，模具預(yù)熱溫度為500℃時(shí)，

3、壓力浸滲效果最佳;XRD測試表明石墨片是按(002)晶面平鋪在復(fù)合材料中，同時(shí)我們也沒有觀察到Al4C3的衍射峰，說明復(fù)合材料中Al4C3很少或是沒有;從SEM電鏡圖中我們可以看出隨著石墨片體積分?jǐn)?shù)增加，復(fù)合材料中的石墨片堆垛層在明顯增加，通過電鏡圖我們還可以發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料界面處的孔隙被鋁液很好的填充，基本沒有孔隙，說明復(fù)合材料致密度較高。通過對(duì)復(fù)合材料密度、比熱容、熱擴(kuò)散系數(shù)的測量，我們可以計(jì)算出隨著復(fù)合材料中的石墨片體積分?jǐn)?shù)從23.9

4、％增加到73.4％，復(fù)合材料密度從2.71 g/cm3降低到2.33 g/cm3，水平熱導(dǎo)率從234 W/mK提高到402W/mK，同時(shí)熱膨脹系數(shù)從10×10-6/K降低至5×10-6/K，復(fù)合材料的各項(xiàng)熱學(xué)性能得到了極大的提高。
　　在成功摸索出石墨片增強(qiáng)鋁基高導(dǎo)熱復(fù)合材料工藝后，我們又利用熱學(xué)性能更為優(yōu)異的硅和氮化鋁取代碳化硅去隔離石墨片堆垛層。測試表明石墨片/硅/鋁復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù)要好于碳化硅制備的復(fù)合材料。但是氮化鋁制