[发明专利]一种高导热界面相不完全包覆的复合材料及其制备方法和测试方法

说明书

本发明提供了一种高导热界面相不完全包覆的复合材料及其制备方法和测试方法，制备方法为：S1、首先对SiC颗粒进行预氧化处理、酸洗、干燥，过筛后再进行氧化处理；S2、其次SiC颗粒置于模具中，采用无压浸渗法将镁铝混合液浇铸在装有SiC颗粒的模具中，加热并保温，制备得到SiCp/Al复合材料；S3、最后将SiCp/Al复合材料置于烧结炉中进行热处理，制备得到高导热界面相不完全包覆的复合材料。本发明提供的方法制备得到的复合材料，当界面相呈现不连续分布时，即使界面相本征热导率低，对复合材料整体热导率影响较小，更多是因为轻微反应改善界面结合，从而使复合材料的致密度及热导率提高。

技术领域

本发明涉及碳化硅铝基复合材料技术领域，尤其涉及一种高导热界面相不完全包覆的复合材料及其制备方法和测试方法。

背景技术

对于复合材料而言，界面是一种非常重要的微结构，是联系增强体和基体的“纽带”，是材料优化及新型复合材料研发的重要组成部分。但通常复合材料界面的形成机理都很复杂，包括了许多复杂的物理和化学过程，所形成界面层的几何及特性不仅与两相材料的组分有关，还与复合的工艺条件有关。目前，有关界面形成机理的基本理论主要包括五种：浸润理论、化学键理论、扩散理论、啮合理论、过渡层理论，其中应用最广的为化学键理论，但目前有关界面形成机理的理论还存在一些争议。目前，对于金属基复合材料而言，其制备方法很多，其形成的界面状况也不同。

复合材料存在热性能调控设计及可预测性困难等问题，热导率作为热物理性能设计的重要性能指标之一，也存在着同样的问题。由于基体与增强体间相容性较差，在复合材料制备时界面结合的好坏、类型或在界面润湿性改善时所出现的界面析出物、界面过渡层等，所以，这些界面因素的改变都都将影响着界面处的热传导，从而也影响着整个复合材料的热传导性能。因此，掌握材料的界面相特征，弄清界面相特征与复合材料热传导的关联性是实现复合材料热性能调控，理解复合材料传热机理的关键问题。

因SiCp/Al复合体系中，铝以金属键相结合，而碳化硅颗粒以共价键结合，这二者相容性差，润湿性不好，需要采取一定方法改善其润湿结合。通常无压渗透制备时改善润湿结合方法有：一方面，通过对颗粒进行一定的表面处理如预氧化、涂覆、沉积等，以提高增强体(固体)表面能。另一方面，或通过基体中添加合金元素，以降低金属熔体本身的表面能及金属熔体与增强体间的界面能。由于金属与增强体组分晶体结构、物理化学性质的巨大差别以及高温制备中原子扩散、偏聚、相互反应，这将会形成较为复杂的界面区域结构。从宏观尺度上，界面可以简单地看作为两相材料的分界面，没有厚度，但具有一定的力学性能。在细观尺度上，界面是具有一定厚度且极为复杂多变的“界面层”或“界面相”，其尺度范围在纳米至微米之间变化。目前，有关界面的研究主要集中在复合材料界面相容性改善、界面显微结构表征及对复合材料力学性能的影响方面，但对于界面对热物理性能的影响研究报道还较少。C.Kawai认为随着界面反应的加剧，界面所析出的不利产物A1₄C₃会增多，从而降低SiCp/Al复合材料的热导率；Lee和Hong研究认为SiO2自身的热导率较低，会导致复合材料热导率下降，需要严格控制其厚度。袁曼等人在研究以ZL101为基体、SiC颗粒为增强体复合材料界面及导热性能时，发现对颗粒进行一定的预氧化处理时，其热导率是提高的，其分析认为主要是因为颗粒进行氧化处理时不仅控制了界面反应也改善了界面润湿，从而有利于热导的提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种高导热界面相不完全包覆的复合材料制备方法，包括以下步骤：

S1、首先对SiC颗粒进行预氧化处理、酸洗、干燥，过筛后再进行氧化处理；

S2、其次将步骤S1处理后的SiC颗粒置于模具中，采用无压浸渗法将镁铝混合液浇铸在装有SiC颗粒的模具中，加热并保温，制备得到SiCp/Al复合材料；

S3、最后将步骤S2制备得到的SiCp/Al复合材料置于烧结炉中进行热处理，制备得到高导热界面相不完全包覆的复合材料。