金刚石/铝高连通度复合构型调控及其导热机理研究

基本信息
批准号:51401123
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:谭占秋
学科分类:
依托单位:上海交通大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈马林,鄢来鹏,曾星华
关键词:
金刚石/铝复合材料复合构型粉末粒径比热导率连通度
结项摘要

As the most promising candidate of thermal management materials, diamond/Al composites, with uniformly dispersed diamond particles, did not exhibit desirable thermal conductivity yet. The thermal conductivity of diamond/Al composites with improved particle connectivity structures will be enhanced through tailoring the path of heat conduction. In this project, the effect and strengthening mechanism of different diamond particle connectivity in diamond/Al composites, with the same volume fraction of diamond particles but different structures, on the thermal conductivity will be investigated to achieve desirable thermal property. Discrete Element Method (DEM) software will be used to simulate the stacking of composite powders, and then according to the simulation results, the composite structure with optimal particle connectivity will be obtained by altering aluminum-to-diamond particle size ratio (PSR). Effects of diamond particle connectivity on diamond/Al interfacial bonding and thermal conductivity of the composites will be studied in detail. In addition, Synchrotron Radiation Computed Tomography (SR-CT) will be applied for in-situ observing the distribution of diamond particles. Finally, the strengthening mechanism of thermal conductivity by diamond particle connectivity and diamond/Al interfacial bonding will be revealed, which would supply a theoretical basis and technical support for developing high thermal conductive metal matrix composites in the future.

高导热金刚石/铝复合材料是未来最具应用潜力的新型热管理材料,目前制备的金刚石/铝复合材料中的金刚石都呈均匀分布,材料导热性能仍未达到理想的复合效果。金刚石呈高连通度分布的非均匀复合构型,通过改变热流传导路径,改善金刚石与铝基体的载流配置,可望提高复合材料热导率。本项目从复合材料构效关系出发,以相同体积含量下最大限度发挥金刚石的导热增强效率为目标,采用离散元软件模拟分析复合粉末的空间堆垛规律,通过调控粉末粒径比,获得最佳金刚石连通度的复合构型,系统研究金刚石连通度对金刚石/铝界面结合状态与材料热导率的影响规律。同时,采用同步辐射光源位相衬度显微断层技术,原位无损观察金刚石的三维空间分布状态,揭示金刚石连通度与金刚石/铝界面结合对材料导热性能的耦合响应机理,为高导热金属基复合材料的研发提供理论依据和技术支撑。

项目摘要

高导热金刚石/铝基复合材料(Dia/Al)是未来最具应用潜力的新型轻量化热管理材料,但以往制备的均匀构型复合材料导热性能有待提高(一般为60-90%理论值)。针对金刚石/铝基复合材料高效热传导与复合构型化的科学问题,本项目首先采用离散元软件模拟分析了两种刚性球形粉末的空间堆垛规律,通过调控粉末粒径比(PSR)获得了最佳增强体连通度和最高热导率的复合构型,进而采用热压烧结技术实验验证了PSR对金刚石的空间分布状态与材料热导率的影响规律,并探讨了其变化原理与机制。.离散元模拟结果表明,随PSR从0.2增加到1,不同体积比例的球形颗粒堆垛后增强体连通度与计算的热导率均显著增大。实验结果与同步辐射成像分析表明,随PSR从PSR0.225增加到0.9,40-50vol.%Dia/Al复合材料致密度与界面结合状态基本相当,但金刚石连通度与复合材料热导率也逐渐增大。当PSR由0.225增加到0.9时,40vol.%Dia/Al热导率由389 W/mK增加到472 W/mK(达到近100%理论值),增幅达21%;50vol.%Dia/Al热导率由442W/mK增加到628W/mK(达到理论值的110%),增幅高达41%。因此,通过构筑非均匀复合构型,调控金刚石连通性,可达到甚至突破复合材料的理论热导率。金刚石连通度取决于其周围金属粉末的配位数,配位数越低金属粉末越粗大越少,就更难将金刚石分隔开而呈现高连通;高连通度金刚石提高复合材料热导率,则与金刚石声子自由程高、易于实现颗粒间声子传播、降低界面热阻有关。本项目通过金刚石连通度与非均匀构型复合化研究,为高导热金属基复合材料的研发提供理论依据和技术支撑。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
4

自然灾难地居民风险知觉与旅游支持度的关系研究——以汶川大地震重灾区北川和都江堰为例

自然灾难地居民风险知觉与旅游支持度的关系研究——以汶川大地震重灾区北川和都江堰为例

DOI:10.12054/lydk.bisu.148
发表时间:2020
5

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018

谭占秋的其他基金

相似国自然基金

1

金刚石连续构型与界面热阻对金刚石/铝复合材料导热性能的影响机理

批准号:51874370
批准年份:2018
负责人:周科朝
学科分类:E0413
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
2

预置硅构建金刚石/铝复合材料耐潮高导热界面及其冶金形为

批准号:51774126
批准年份:2017
负责人:周灵平
学科分类:E0413
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
3

三维连通石墨烯/铝复合材料的界面调控及导热机制

批准号:51871014
批准年份:2018
负责人:张海龙
学科分类:E0105
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
4

无压浸渗高导热鳞片石墨/铝复合材料微结构导热通路构建及其导热机制研究

批准号:51801002
批准年份:2018
负责人:刘园
学科分类:E0105
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目