微波改性石墨膜/铝层状复合材料的显微组织与热性能研究

作     者：佟兴宇 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张强

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：石墨膜/铝复合材料 SPS法 压力浸渗法 微波改性 热导率 

摘      要：本课题通过微波改性对石墨膜进行预处理,并且分别采用放电等离子烧结法(SPS)和流延成型+压力浸渗法制备石墨膜/铝复合材料。通过对石墨膜显微组织、结构以及导热性能的表征,探究了石墨膜微波改性机理。并对复合材料的石墨膜分布、界面结合、元素分布以及析出相进行观察,探究了SPS法制备工艺、微波改性与石墨膜体积分数对石墨膜/铝复合材料的显微组织与结构的影响,建立了石墨膜/铝复合材料显微组织与热性能的联系,为高导热石墨膜/铝层状复合材料的设计与制备提供理论和实验依据。本课题首先确定了石墨膜的最佳微波改性工艺:先丙酮处理30s,后微波处理4s,石墨膜XY向热导率提升8.1%。经微波改性后,石墨膜石墨化度从95.1%提高到99.8%、表面无定型碳分布更加弥散细小、表面含氧C-O-C官能团含量从13.7%下降到9.6%。证明微波改性是一种简单有效的提高石墨膜导热性能的预处理手段。其次通过SPS法制备石墨膜/铝复合材料,发现工艺参数可调控范围小,复合材料层状结构被破坏。当石墨膜体积分数为52%时,复合材料XY向热导率最高为624.6W/mK,热导率实际值远低于理论值。流延成型+压力浸渗法制备石墨膜/铝复合材料时,可调控石墨膜体积分数,复合材料层状结构完整。当石墨膜体积分数为20%时,复合材料XY向热导率可达到521.9W/mK,导热性能实际值与理论值接近。最后先对石墨膜进行微波改性预处理,后采用流延成型+压力浸渗法制备了石墨膜/铝复合材料。研究了复合材料显微组织与热性能的关系,分析了复合材料的导热性能没有达到理论值主要由两种缺陷造成,分别为石墨膜内部缝隙与界面结合处缝隙。石墨膜内缝隙含量,22%28%34%体积分数复合材料。界面结合处缝隙含量,28%34%22%体积分数复合材料。石墨膜内缝隙会降低复合材料XY向热导率,而界面结合处缝隙会降低复合材料Z向热导率以及层间剪切强度。随着石墨膜体积分数增大,复合材料XY向热导率从494.5W/mK、520.7W/mK增加到553.7W/mK,与理论值差值增大但耐高低温冲击性能提高;复合材料Z向热导率分别为13.4W/mK、15.9W/mK、11.7W/mK,层间剪切强度分别为47.4MPa、51.3 MPa和45.3 MPa。