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散热器用石墨基复合材料的研究

作 者: 张少君
导 师: 史玉升
学 校: 华中科技大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 散热器 石墨 碳纤维 热导率
分类号: TB332
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


石墨材料具有密度小,热导率高等特点,用于散热器材料,特别符合电子设备轻量化,便携式的发展要求。在国外,已经有公司生产了石墨散热器,现有的石墨散热器只是将石墨加工成片状,组装在金属底座上,原因是石墨材料强度低,韧性差,难以直接成形复杂形状,这样大大限制了石墨材料作为散热器材料的应用,为此本文围绕提高石墨材料力学、导热性能展开了研究。采用熔融搅拌法,研究了不同粘接剂材料对石墨粉末的润湿性能,发现环氧树脂、中温沥青及改性沥青对石墨粉末的润湿性能较好,但是环氧树脂在碳化过程中会形成玻璃炭结构,对石墨基复合力学性能和热导率是不利的,故不选用环氧树脂作为粘接剂;通过热失重分析,得到改性沥青的残碳率高于中温沥青,而残碳率高有利于提高材料的力学性能和导热性能,故选择改性沥青作为粘接剂。通过选用不同粒度的石墨粉末进行实验,结果发现在粘接剂含量一定(20wt.%)时,石墨粉末的粒度的最佳值为D50=18.1μm,使得材料的力学性能和导热性能较优;通过改变粘接剂含量进行实验,研究得到石墨基复合材料抗弯强度和热导率都是随着粘接剂含量的增加先增加后减小,在粘接剂含量为30wt.%时,抗弯强度和热导率分别为10.65MPa和10.789W m-1K-1。针对石墨材料强度低,脆性大的弱点,本文采用了短切碳纤维进行增强研究。研究了碳纤维进行表面液相氧化处理和碳纤维含量对复合材料性能的影响,实验结果表明:液相氧化后,能提高碳纤维与基体的粘结能力,从而提高复合材料的抗弯强度;随着碳纤维含量的增加,复合材料的抗弯强度和热导率先增大后减小;当碳纤维含量为3wt.%时,复合材料的抗弯强度和热导率最高,分别为14.06MPa和15.132W m-1K-1,明显高于未加碳纤维增强石墨基复合材料。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 石墨散热器及其材料的研究现状  10-12
  1.3 石墨材料的导热.性  12-14
  1.4 石墨基复合材料的主要原料  14-18
  1.5 石墨材料生产的主要工艺过程  18-20
  1.6 本文研究意义与研究内容  20-22
2 石墨基复合材料粘接剂的选择  22-27
  2.1 不同粘接剂对石墨粉末的润湿研究  22-24
  2.2 中温沥青和改性沥青粉的热失重(TGA) 分析  24-26
  2.3 本章小结  26-27
3 沥青粘结剂石墨基复合材料研究  27-44
  3.1 实验原材料和实验设备  27-29
  3.2 试样制备过程和性能测试  29-35
  3.3 石墨粉末粒度对复合材料性能的影响  35-39
  3.4 不同粘结剂含量对材料性能的影响  39-41
  3.5 石墨基复合材料微晶参数  41-42
  3.6 本章小结  42-44
4 短切碳纤维增强石墨基复合材料研究  44-60
  4.1 碳纤维表面处理  44-46
  4.2 实验用原材料和实验设备  46-47
  4.3 试样制备过程和性能测试  47-49
  4.4 碳纤维表面未氧化处理时复合材料的性能  49-51
  4.5 碳纤维表面液相氧化处理对材料性能的影响  51-58
  4.6 本章小结  58-60
5 总结与展望  60-62
  5.1 全文总结  60-61
  5.2 未来展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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