【正文】 作用 界面 （導(dǎo)熱特性） 超越完美界面 完美界面 非完美界面 良性非完美界面 惡性非完美界面 Cu(Al)/diamond 超越完美界面 金剛石顆粒聚晶 人工合成金剛石 Cu/diamond 界面熱阻和晶界熱阻并存 108 m2K/W 109 m2K/W 完美界面 SiCp/Al SiC/diamond d KR（ Kapitaz界面熱阻） 非完美界面 Kapitaz 界面熱阻 +額外熱阻 良性非完美界面 第三相促進(jìn)界面結(jié)合，界面熱阻趨近于 Kapitaz熱阻 SiCpMo/Cu CuCr2C3/diamond 惡性非完美界面 SiCp/Mg SiCp/Al SiCp/Cu 第三相降低界面結(jié)合， 顯著增大界面熱阻 具有超越完美界面復(fù)合材料有效熱導(dǎo)率的求解 單個(gè)多晶體 +其它獨(dú)立顆粒 1 2 /pgp g gKKK h d??多晶體的熱導(dǎo)率 ? ?? ?/1/11 2 2 1/ 2 / 2/1/111/ 2 / 2pgppgpe ffe ffmgmgge ff e ffmmcm e ffe ffmgmgge ff e ffmmKKKKVVK K K KKKKKKKVVK K K K?? ???? ???? ????? ? ????? ??????? ??????? ? ??????? ????(MEMA) 1 2 / 2 /gpe f fp g p gKKK d h K D h???多晶體在復(fù)合材料的有效熱導(dǎo)率 gDd??1 2 /gpe ffpgKKK d h? ?簡(jiǎn)化處理 實(shí)驗(yàn)分析（ Yoshida et al）Cu/diamond Km Kp Vp d Kc (Exp.) A 395 1300 75 50 745 B 395 1300 70 100 742 h 107W/m2K gh 109 W/m2K 超高壓燒結(jié)工藝 使用 MEMA確定連通顆粒的數(shù)量 HasselmanJohnson Kc MaxwellEucken 23% 33% 50μm 100μm 界面熱阻的影響仍然存在 MEMA模型數(shù)值分析 Ref 微米 500W/mK 納米 100W/mK 1 2 /pgp g gKKK h d? ?MEMA模型數(shù)值分析 具有非完美界面復(fù)合材料有效熱導(dǎo)率的求解 (HasselmanJohnson) KsR R R??//sshKHhK?????[ 2 2 ( ) ]2 ( )e f f e f fm m p p m pc e f f e f fm p p m pK K K K K VKK K K K V? ? ??? ? ?1 2 /pe ffppKKK H d? ?HasselmanJohnson ssR K??簡(jiǎn)化處理 惡性非完美界面的實(shí)質(zhì)（ 空氣層 ） 空氣的熱導(dǎo)率 0sK ?界面熱阻無(wú)限大 ssRK??sR ??實(shí)驗(yàn)分析 Materials Km Kp Vp d Kc SiCp/Cu (A) 400 254 50 222 MoSiCp/Cu (B) 50 288 MoSiCp/Cu (C) 180 307 h= 107W/m2K 空氣層熱導(dǎo)率 W/mK SiCp/Cu SiCpMo/Cu (Schubert et al) Mo熱導(dǎo)率 138 W/mK 40nm 180nm Mo固溶 Cu基體 mKKc(SiCMo) HasselmanJohnson Kc(SiC) 多孔復(fù)合材料 SiCp/Cu,SiCpMo/Cu Cu/diamond， CuCr/diamond （ Shubert et al） Materials Km Kp Vp d Kc Cu/diamond (A) 400 1500 195 200 CuCr/diamond (B) 740 h= 107W/m2K 空氣層熱導(dǎo)率 W/mK Cr2Cr3熱導(dǎo)率 19 W/mK 擬合參數(shù) 100nm Cu/diamond， CuCr/diamond 添加元素的種類和含量（ Cr， B ~1 at%） Al/diamond， AlSi/diamond （ Rush et al） Materials Km Kp Vp d Al/diamond 230 1800 100 Al7Si/diamond 170 h5 107 W/m2K （ Stoner et al） 空氣層熱導(dǎo)率 W/mK Al4C3 140 W/mK 擬合參數(shù) 400nm Al/diamond GPI 770 W/mK 750℃ /8MPa ~1100℃ /2GPa AlSi/diamond Si在界面處發(fā)生偏聚 阻礙 Al4C3的生成 數(shù)值分析 （ Cu/diamond） 10~100 W/mK 碳化物的熱導(dǎo)率 界面生成物厚度（ δ）和熱導(dǎo)率（ Ks）的影響 合理選擇合金 元素和其含量 數(shù)值分析 （ 導(dǎo)熱比（ Kp/Km） /空氣層厚度 (δ)的影響 ） ? 根據(jù)材料界面的導(dǎo)熱特性不同，可將復(fù)合材料的界面分為：超越完美界面，完美界面，非完美界面三種類型。 ? 基于 HasselmanJohnson模型提出適合描述具有非完美界面復(fù)合材料熱導(dǎo)率的簡(jiǎn)易模型，計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值吻合的較好。 ? 各相各自連續(xù)； ? 先制備骨架，再熔浸。 蠕變 基體與纖維的行為 ? 材料在長(zhǎng)時(shí)間受到一定載荷時(shí)的變形作為蠕變行為而處置。 第一蠕變是作為微小結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)而出現(xiàn)，第二蠕變是上一階段的準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，其后，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定狀態(tài)，在斷裂開(kāi)始的第三蠕變之后，材料發(fā)生斷裂。另一方面， SiC及碳纖維，由于其微小結(jié)構(gòu)的特性，即使是超過(guò) 1200K也能表現(xiàn)出優(yōu)異的蠕變特性。這樣的界面上的大空洞，在三維蠕變的蠕變速度高的區(qū)域內(nèi)發(fā)生，急劇地導(dǎo)致材料的蠕變斷裂。 長(zhǎng)纖維復(fù)合材料的軸應(yīng)力蠕變 ? ?0 1fmfE f E?? ???ffE??? ?? ?? ? ? ?1/111nnnfmAddt fEffE? ? ?? ????????????← 在基體的彈性范圍內(nèi) ← 完全由 纖維承擔(dān) 橫向蠕變與連續(xù)強(qiáng)化復(fù)合材料 ? 聚酯 /50%玻璃纖維強(qiáng)化復(fù)合材料受到橫向載荷時(shí)纖維與基體的應(yīng)力比隨纖維長(zhǎng)徑比的變化 蠕變特性對(duì)纖維的長(zhǎng)徑比十分敏感 ? Al合金 /SiC顆粒及晶須復(fù)合材料中 561K定常蠕變狀態(tài)下最小蠕變速度與負(fù)荷應(yīng)力的關(guān)系 伴隨溫度變化的蠕變應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系：（ a） Al/10% Al2O3短纖維復(fù)合材料；（ b） Al/10%Saffil復(fù)合材料 界面的重要作用 ? 在高溫，較小的應(yīng)力下會(huì)產(chǎn)生界面開(kāi)口，所以在纖維的徑向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。通常玻璃的強(qiáng)化溫度為 900~1000K，但在 550K尚不表現(xiàn)出蠕變特性。這在工程上是不希望的。 制備方法 ?粉末冶金，粉末混合、壓制成形、燒結(jié) ?制備骨架，熔浸 壓擠滲透的設(shè)備 與壓力鑄造相比 壓頭連續(xù)移動(dòng) 彌補(bǔ)收縮 移動(dòng)速度慢 外加壓力大 課題內(nèi)容：基于有效介質(zhì)理論的原理和方法，主要以 SiCp/Al， Cu（ Al） /diamond 復(fù)合材料作為研究對(duì)象，系統(tǒng)地論述了高導(dǎo)熱復(fù)合材料中顯微結(jié)構(gòu) — 導(dǎo) 熱性能關(guān)聯(lián)，并對(duì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料導(dǎo)熱性能中存在的若干問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與界面層的厚度及導(dǎo)熱性能成反比。 ? 基于 MEMA模型提出適合描述具有超越完美界面復(fù)合材料熱導(dǎo)率的簡(jiǎn)易模型，可對(duì)發(fā)生連通顆粒的數(shù)量進(jìn)行估算，并得出在越完美界面復(fù)合材料中，使用微米級(jí)顆粒復(fù)合材料的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用納米顆粒復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。 復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù) ? 1. 各相分布形態(tài)的影響 材料 銅 SiC 銅 / SiC復(fù)合材料 并聯(lián) 串聯(lián) 導(dǎo)熱系數(shù) 400 100 250 170 材料 銅 金剛石 銅 / SiC復(fù)合材料 并聯(lián) 串聯(lián) 導(dǎo)熱系數(shù) 400 2021 1200 777 導(dǎo)熱系數(shù) 400 1000 700 571 界面熱阻 材料 鋁 SiC 界面比例 （ %） 鋁 / SiC復(fù)合材料 并聯(lián) 串聯(lián) 導(dǎo)熱系數(shù) 200 90 0 145 124 140 110 1 140 70 10 132 10 電子導(dǎo)熱材料與聲子導(dǎo)熱材料之間的熱傳導(dǎo)的阻力？ ?熱，本質(zhì)上是微觀粒子的振動(dòng)。 ? 沿高度方向分為 7層。 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 單層平壁 雙