發(fā)布時間：2019-11-02 08:40

【摘要】：SiC陶瓷具有密度小,機械強度高,熱膨脹系數(shù)小,導熱率高的優(yōu)異性能,除了在微電子領(lǐng)域,也被廣泛應(yīng)用在發(fā)動機、噴嘴、熱交換器、天文望遠鏡系統(tǒng)中的反射鏡等。這些應(yīng)用均和SiC陶瓷的優(yōu)良導熱性能密切相關(guān)。因此高導熱率作為SiC陶瓷廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)之一,需要加大研究的力度。本課題利用液相燒結(jié)原理,采用熱壓燒結(jié)方法制備得到碳化硅陶瓷,研究了燒結(jié)助劑種類和含量對其致密度、物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、力學性能和導熱率等一系列性能的影響,通過調(diào)整燒結(jié)助劑配比和含量,發(fā)現(xiàn)復相燒結(jié)助劑Y2O3+AlN相比單相燒結(jié)助劑能夠獲得更高致密度的SiC陶瓷,隨著Y2O3+AlN添加量從1.0wt.%逐漸增加到11.6 wt.%,陶瓷的致密度先增加后減小,當添加3 wt.%Y2O3+2wt.%AlN作為燒結(jié)助劑時,獲得SiC陶瓷致密度最高為99.72%,導熱率最高達到73.53 W/(m·K),之后經(jīng)過進一步熱處理,導熱率提高為102.78 W/(m·K)。探討了SiC聲子導熱機制中,對聲子散射的主要影響因素為:晶界、晶界處存在的第二相以及晶粒內(nèi)固溶的雜質(zhì)原子。在此基礎(chǔ)上添加石墨烯制備了GNPs/SiC陶瓷基復合材料,研究了石墨烯在SiC基體中的分散行為和結(jié)合方式,探究石墨烯質(zhì)量分數(shù)對復合材料各項性能的影響規(guī)律。實驗中發(fā)現(xiàn)大部分石墨烯的分布方向均與加壓方向垂直,隨著石墨烯添加量由0逐漸增加到5 wt.%時,GNPs/SiC致密度在不斷下降,彎曲強度則先增大后減小,當添加1.0 wt.%的石墨烯時,復合材料的力學性能最優(yōu),彎曲強度達632.75MPa,比未添加石墨烯時的SiC基體增加了12.43%。由于石墨烯的擇優(yōu)取向,使得GNPs/SiC復合材料的導熱率在軸向壓力的垂直方向和平行方向出現(xiàn)明顯的差異。垂直方向?qū)崧孰S著石墨烯添加量增多先增大后減小,添加量為3 wt.%時,導熱率λ⊥達到最大值84.98 W/(m·K),另一個方向?qū)崧孰S石墨烯的加入不斷減小。采用超聲波輔助釬焊的方法,將SiC陶瓷通過Zn-Al釬料連接在一起。接頭剪切強度為21.08 MPa,主要斷裂位置為Zn-Al與SiC結(jié)合面,接頭整體導熱率為49.73 W/(m·K),建立了SiC/Zn-Al/SiC接頭熱阻組成模型,并根據(jù)理論計算求得SiC與Zn-Al釬焊界面的熱阻率為r=0.13 K/W。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文提高導熱性能的方法。本課題制備了 SiC 陶瓷并研究其導熱性能，旨在獲得其導熱機理，為其實際運用提供理論依據(jù)。1.2 SiC 陶瓷性質(zhì)碳化硅在自然界中并不天然存在，它是一種人造材料，由美國人艾奇遜在 1891年偶然發(fā)現(xiàn)，他在做電熔金剛石試驗時合成了某種物質(zhì)，當時將其命名為金剛砂。碳化硅的分子式為 SiC，分子量為 40.07，密度為 3.21 g/cm3。碳化硅是 Si、C兩種元素組成的唯一能在室溫下穩(wěn)定存在固相二元化合物，圖 1-1 為 10 MPa 氣壓下 Si-C 的二元相圖[13]。而碳化硅在 0.1 MPa 氣壓下，在 2380 C 左右直接由固態(tài)分解為氣態(tài)，并不存在熔點。SiC 共價鍵所占比例為 88%，離子鍵所占比例為 12%，可視為共價鍵化合物。SiC 晶體結(jié)構(gòu)中的單位晶胞為相同的四面體，視為 C 原子在中心或者 Si 原子在中心皆可，如圖 1-2 所示。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文提高導熱性能的方法。本課題制備了 SiC 陶瓷并研究其導熱性能，旨在獲得其導熱機理，為其實際運用提供理論依據(jù)。1.2 SiC 陶瓷性質(zhì)碳化硅在自然界中并不天然存在，它是一種人造材料，由美國人艾奇遜在 1891年偶然發(fā)現(xiàn)，他在做電熔金剛石試驗時合成了某種物質(zhì)，當時將其命名為金剛砂。碳化硅的分子式為 SiC，，分子量為 40.07，密度為 3.21 g/cm3。碳化硅是 Si、C兩種元素組成的唯一能在室溫下穩(wěn)定存在固相二元化合物，圖 1-1 為 10 MPa 氣壓下 Si-C 的二元相圖[13]。而碳化硅在 0.1 MPa 氣壓下，在 2380 C 左右直接由固態(tài)分解為氣態(tài)，并不存在熔點。SiC 共價鍵所占比例為 88%，離子鍵所占比例為 12%，可視為共價鍵化合物。SiC 晶體結(jié)構(gòu)中的單位晶胞為相同的四面體，視為 C 原子在中心或者 Si 原子在中心皆可，如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ174.1

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本文編號：2554396