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高导热石墨中间相复合材料性能及CC复合材料导热模拟研究
高导热石墨中间相复合材料性能及CC复合材料导热模拟研究
摘要：
本研究通过对高导热石墨中间相复合材料进行了性能测试和CC复合材料导热模拟，对材料的导热性能、力学性能和微观结构进行了分析。结果显示，随着中间相含量的增加，复合材料的热导率提高，力学性能则呈现先增强后减弱的趋势。CC复合材料的导热模拟结果表明，在不同应力下，复合材料的导热性能具有不同的表现。
关键词：高导热石墨；中间相；复合材料；导热性能；力学性能；微观结构；CC复合材料；导热模拟
1.引言
高导热石墨是一种具有优异导热性能的材料，广泛应用于制造热传导结构和热管理系统。但由于其本身的脆性和弱纵向导热性能，导致了其在高热流密度和高温度下的应用局限性。为此，研究者提出了增加中间相的方法来改善这一缺陷。中间相是指在复合材料中添加的第二种材料，其优良的力学性能和导热性能可以提高复合材料的整体性能。CC复合材料则是一种通过混杂、烧结等方法将高导热石墨和中间相复合而成的新型材料，其性能优于单一材料。本研究旨在对高导热石墨中间相复合材料的性能进行测试，以及对CC复合材料的导热模拟进行研究。
2.实验方法
2.1材料制备
在高导热石墨中加入3%、5%、7%的SiC中间相，制备出了体积分数为97%-95%-93%的高导热石墨中间相复合材料。同时制备出了石墨和SiC作为对照组。通过XRD分析复合材料的晶体结构，利用SEM观察复合材料的微观结构。
2.2材料测试
测试了复合材料的热导率、室温弯曲强度和压缩强度。采用热红外成像技术，测试了复合材料在不同温度下的热导率，并绘制了热导率-温度曲线。采用三点弯曲试验和压缩试验，测试了复合材料的强度，绘制了应力-应变曲线并计算强度指标。
3.结果与分析
3.1复合材料的微观结构和热导率
从SEM结果可以看出，添加中间相后，复合材料的颗粒间距缩小，均匀度提高，晶界更加清晰。从热导率测试结果来看，随着中间相含量的增加，复合材料的热导率先增加后趋于平稳，当增加到7%时，热导率可提高至原材料的2倍以上。
3.2复合材料的力学性能
从弯曲强度和压缩强度测试结果可以看出，中间相含量增加可以促进复合材料的力学性能提升，但当含量超过5%时，力学性能较之前又出现下降的趋势。这可能是由于中间相的过多影响了石墨颗粒的结合和材料的连续性。
3.3CC复合材料的导热模拟
为了更好地了解复合材料在高应力下的性能，采用COMSOLMultiphysics进行了CC复合材料的导热模拟。结果表明，在不同应力下，复合材料的导热性能具有不同的表现。在低应力状态下，导热性能与中间相含量正相关，而在高应力状态下，导热性能则与石墨层间的结合情况和中间相的分布有关。
4.结论
通过本研究对高导热石墨中间相复合材料进行了性能测试和CC复合材料导热模拟，结果表明中间相的添加可以提高复合材料的热导率和力学性能，但过多添加则会出现力学性能下降的趋势。导热模拟结果表明，复合材料的导热性能与应力、中间相含量和石墨层间结合情况有关。因此，在实际应用中，应根据具体需求和工艺条件选择适当的中间相含量和复合工艺，以达到最优复合材料性能。
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