孔隙及界面相對SiCp-Al熱導(dǎo)率影響的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、本文主要研究了孔隙及界面相這兩類微結(jié)構(gòu)對 SiCp/Al復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響?？紫斗矫娣謩e從數(shù)值模擬和實驗兩方面展開討論和分析,研究了孔隙率、孔徑大小以及孔隙形貌對SiCp/Al熱導(dǎo)率的影響規(guī)律。界面相方面主要通過數(shù)值模擬的方法研究了界面相的種類、厚度及其包覆比例對SiCp/Al熱導(dǎo)率的影響規(guī)律。
　　數(shù)值模擬結(jié)合實驗研究表明孔隙是導(dǎo)致SiCp/Al復(fù)合材料整體熱導(dǎo)率下降的一個重要因素:復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨著孔隙率的增大而逐漸下降,且

2、由快速下降逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛陆?。粉體自然堆積制得試樣中,孔隙率區(qū)間為0.7％~7.8%,其熱導(dǎo)率從160.9 W·m-1·k-1大幅度下降至118.8 W·m-1·k-1;預(yù)制件方式制得試樣中,孔隙率區(qū)間為2.8%~9.4%,其熱導(dǎo)率從144.7 W·m-1·k-1大幅度下降至112.9 W·m-1·k-1;在孔隙率相同的情況下,平均孔徑較大的試樣熱導(dǎo)率略大于平均孔徑較小的試樣,孔隙形狀規(guī)則的試樣熱導(dǎo)率略大于孔隙形狀不規(guī)則的試樣。

3、　　數(shù)值模擬結(jié)果表明界面相對SiCp/Al復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響主要表現(xiàn)為界面相本征熱導(dǎo)率對其的影響:(1)在界面相完全包覆 SiC顆粒狀態(tài)下,復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨界面相本征熱導(dǎo)率的增大而上升,上升速度由快到慢,熱導(dǎo)率過低(1.4 W·m-1·k-1~90 W·m-1·k-1)的界面相會導(dǎo)致SiCp/Al復(fù)合材料熱導(dǎo)率的大比例下降;熱導(dǎo)率處于90 W·m-1·k-1~180 W·m-1·k-1區(qū)間的界面相對SiCp/Al復(fù)合材料熱導(dǎo)率沒有明顯

4、的影響;熱導(dǎo)率超過180 W·m-1·k-1的界面相則使得SiCp/Al復(fù)合材料熱導(dǎo)率有小幅度的提升。界面相為SiO2,其厚度從0.5μm增加至4.5μm,復(fù)合材料熱導(dǎo)率從123.92 W·m-1·k-1下降至67.82 W·m-1·k-1;界面相為Ni,其厚度從0.5μm增加至4.5μm,復(fù)合材料熱導(dǎo)率從161.96 W·m-1·k-1緩慢下降至155.68 W·m-1·k-1;界面相為Cu,其厚度從0.5μm增加至4.5μm,復(fù)合材

5、料熱導(dǎo)率從167.6 W·m-1·k-1緩慢上升至172.32 W·m-1·k-1。(2)界面相不完全包覆SiC顆粒狀態(tài)下,界面相對SiCp/Al復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響小于界面相完全包覆對其的影響。厚度為2μm的SiO2膜覆蓋比例從25%增加至83.3%,SiCp/Al熱導(dǎo)率從159.3 W·m-1·k-1逐漸降低至148.48 W·m-1·k-1;厚度為2μm的Ni膜覆蓋比例從25%增加至83.3%,SiCp/Al熱導(dǎo)率從161.77