分別采用真空熱壓燒結(jié)法和壓力浸滲法制備了金剛石/Al復(fù)合材料,所得材料的熱導(dǎo)率分別達(dá)到410⁴20和673 W/（m·K）。通過傳熱模型探討了兩種方法制得材料的內(nèi)部傳熱機(jī)理,并定義了參數(shù)"搭橋貢獻(xiàn)率",以量化金剛石顆粒搭橋?qū)Σ牧蠠釋?dǎo)率提升所做的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明,采用壓力浸滲工藝時(shí),較高的金剛石含量,較低的界面熱阻,尤其是金剛石顆粒搭橋所構(gòu)成的快速傳熱通道,可顯著提高材料的熱導(dǎo)率。 

【文章來源】：功能材料. 2016,47(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖１鍍鈦金剛石顆粒ＸＲＤ圖譜Ｆｉｇ１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆｄｉａｍｏｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｃｏａｔｅｄｗｉｔｈＴｉ

１斷口形貌及致密度圖２和３分別為試樣的斷口形貌及致密度�？梢姴捎茫郑龋校又苽涔に�，當(dāng)金剛石含量為４５％（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)，鋁粉顆粒間擴(kuò)散充分，形成連續(xù)致密的燒結(jié)體，界面呈明顯的冶金結(jié)合（圖２（ａ）），試樣的致密度達(dá)９８．８４％（圖３）。圖２不同方法制備的金剛石／Ａｌ復(fù)合材料斷口ＳＥＭ照片Ｆｉｇ２ＳＥＭｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｄｉａｍｏｎｄ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ圖３不同方法制備的復(fù)合材料致密度Ｆｉｇ３Ｒｅｌａｔｉｖｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｄｉａｍｏｎｄ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆａｂ－ｒｉｃａｔｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ當(dāng)金剛石含量增加到５０％（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)，鋁基體致密化不充分，部分鋁粉以顆粒形式存在（圖２（ｂ）），試樣的致密度有所降低（９８．０１％）。當(dāng)金剛石含量增加到５５％（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)，基體的致密化程度很差，鋁粉仍以顆粒的形式存在（圖２（ｃ）），試樣的致密度僅為９５．３０％，這是因?yàn)榻饎偸吭礁�，顆粒拱橋效應(yīng)越明顯，導(dǎo)致處于金剛石顆粒間隙中的鋁粉不能充分受壓，燒結(jié)難以充分進(jìn)行。由壓力浸滲試樣的斷口形貌可見（圖２（ｄ）），試樣界面存在冶金結(jié)合，部分金剛石呈解理斷裂，說明界面結(jié)合強(qiáng)度較高；同時(shí)，金剛石顆粒之間存在搭橋現(xiàn)象。由于熔融鋁液在高壓下能充分填充金剛石堆積體的間隙，所得材料的致密度達(dá)到９９．１３％（圖３）。２．２熱導(dǎo)率２．２．１兩種方法所制備復(fù)合材料的熱導(dǎo)率圖４為不同工藝制得試樣的熱導(dǎo)率值。由圖可知，ＶＨＰＳ

，熱導(dǎo)率遠(yuǎn)大于鋁，其含量的增加可提高材料熱導(dǎo)率，當(dāng)其含量足夠高時(shí)，顆粒間接觸（搭橋）的概率顯著提高，利于構(gòu)成快速傳熱通道，進(jìn)一步改善材料的導(dǎo)熱性；（２）金剛石－基體界面熱阻。界面結(jié)合狀態(tài)（有無孔洞）以及界面反應(yīng)產(chǎn)物的熱阻將顯著影響材料的熱導(dǎo)率；（３）鋁基體的致密性。就ＶＨＰＳ工藝而言，若鋁基體燒結(jié)不充分（仍以顆粒形式存在），將顯著降低基體的傳熱能力。為此，有必要依據(jù)上述因素，分析兩種制備工藝對(duì)金剛石／Ａｌ復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響機(jī)理。２．２．２復(fù)合材料導(dǎo)熱模型圖５為金剛石在鋁基體中不同分布狀態(tài)時(shí)，材料內(nèi)部傳熱示意圖。圖５（ａ）為金剛石在鋁基體中完全均勻混合狀態(tài)，此時(shí)傳熱將由金剛石和鋁基體交替完成。圖５（ｂ）為金剛石部分搭橋狀態(tài)（材料中金剛石的實(shí)際分布狀態(tài)）。圖５（ｃ）為金剛石顆粒完全接觸（搭橋）狀態(tài)，此時(shí)金剛石顆粒構(gòu)成了快速傳熱通道。圖５不同狀態(tài)下金剛石／Ａｌ復(fù)合材料內(nèi)部熱傳導(dǎo)通路示意圖Ｆｉｇ５Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｄｉａｍｏｎｄ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ針對(duì)圖５（ａ）這種狀態(tài)（金剛石互不接觸），Ｈａｓｓｅｌ－ｍａｎ和Ｊｏｈｎｓｏｎ基于Ｍａｘｗｅｌｌ－Ｅｕｃｋｅｎ模型并引入界面熱阻，推導(dǎo)出導(dǎo)熱模型［４－５］Ｋｃ＝Ｋｍ２Ｋｍ＋Ｋｅｆｆｐ＋２（Ｋｅｆｆｐ－Ｋｍ）Ｖ［ｐ］２Ｋｍ＋Ｋｅｆｆｐ－（Ｋｅｆｆｐ－Ｋｍ）Ｖｐ（１）Ｋｅｆｆｐ＝Ｋｐ１＋２ＲｋＫｐ／

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3505942