高导热片状石墨/铝复合材料的制备

电子器件的高集成度迅速提升导致电子器件产生不可避免的热量,若想提高电子产品性能及可靠性,必须对热管理材料散热性提出更高要求。传统热管理材料已无法满足日益发展的现代封装技术对散热的要求,材料的复合化和轻质化已成必然趋势。以碳铝复合材料为代表的新型轻质高导热复合材料在热物理性能方面表现强势,其中高导热片状石墨/铝复合材料由于其优良的可加工性和低廉的价格引起了广泛的关注。本研究采用放电等离子烧结法将片状石墨和纯铝基体复合,制备出高导热片状石墨/铝复合材料。通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(SEM)等检测手段,对片状石墨原材料、复合材料进行微观结构分析与表征。利用密度天平、LFA激光闪光法测试仪、热膨胀分析仪、电子万能材料实验机等多种设备对高导热片状石墨/铝复合材料的性能进行测试。研究了混粉工艺、烧结工艺和石墨在复合材料中的体积分数对复合材料组织、热物理性能及机械性能的影响。研究结果表明,选用石墨化程度高达95.3%,在x-y平面上的热导率为900±10W/m?K的片状石墨作为实验材料,采用放电等离子烧结法制备高导热片状石墨/铝复合材料时,适当提高烧结温度和烧结压力有利于提高复合材料的致密度,但是烧结温度和烧结压力太高时容易造成铝熔融溢出,合适的烧结温度600℃和烧结压力50MPa有利于制备出致密度高的复合材料。高导热片状石墨/铝复合材料界面结合紧密,断面清洁平整,未观察到Al4C3的生成。随着石墨含量的增加,复合材料的密度降低,但致密度保持在99%以上。随着石墨含量从40%增加到60%,复合材料的热导率从249 W/m·K增长到了440W/m·K,片状石墨的定向排列和高导热率有利于沿着x-y平面的热传递。在z平面上,复合材料的热导率随着石墨含量的增加而降低。随着石墨含量的增加,复合材料的热膨胀系数减小,且符合混合模型的预测值。