毕业论文课题相关文献综述

文献综述

一选题的目的及实际意义

随着现代科学技术尤其是制造业的发展，人们对于材料的要求也越来越高，传统的单一种类材料由于或多或少存在着性能缺陷，已不能满足工业需要，于是出现了复合材料。复合材料(Compositematerials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。金属陶瓷复合材料就属于复合材料的一种，其是由延性的金属相和脆性的陶瓷相组成的一种典型的粒子增强材料[1]。金属陶瓷复合材料中非金属成分（陶瓷）使其具有所需要的硬度、热硬性和耐磨性，金属相把复合材料中的固体微粒组合在均一的物料中，可以在多种苛刻条件下（如高温、高度磨损、强腐蚀）得到应用[2]。

然而，由于材料中结构的复杂性，金属陶瓷复合材料的导热性能也变得比较复杂。因为材料的导热性能对于材料的使用非常重要（如各种电子器件的散热），所以作为表征材料导热性能的等效导热系数的测定就显得尤为重要。只有准确地测得金属陶瓷复合材料的等效导热系数，才能将其应用于特定的条件下，而这正是本课题的目的所在。

二选题的研究动态

由于金属陶瓷复合材料的导热机理比较复杂，学术界至今还没有形成统一的研究金属陶瓷复合材料等效导热系数的理论。常用的方法有玻尔兹曼方程、分子动力学方法、格林函数方法[17-20]，并在此基础上产生了许多预测复合材料导热率的模型，如Bruggeman理论模型、Lewis和Nielsen半经验模型、Maxwell理论模型、几何平均值模型、Hasselman-Johnson模型、Baschirow-Selenew模型、Agari模型、最小热阻力法、热阻网络法、傅里叶定律计算法、均匀化法、逾渗理论法、分形理论法等[21-25]。这些模型都在各自的适用范围内取得了巨大的成功。

金属陶瓷复合材料等效导热系数的预测是一个非常复杂的过程，对于不同情况须考虑的因素不同，应选择不同的模型和方法。最小热阻力法比较简单，不考虑填充粒子之间的相互作用，适合中低体积分数复合材料等效导热系数的预测。其具体的方法为：根据最小热阻力法和比等效导热系数相等法则，只要复合材料的单元体与总体有相等的比等效热阻，不论单元体的尺度大小，在只考虑热传导时，这种单元体与总体的等效导热系数相等。由此可知，研究复合材料的等效导热系数，只要研究比等效热阻与之相等的单元体的等效导热系数即可[30]。应用此方法许多学者都取得了一定的成果。李明伟，梁基照等根据最小热阻力法和比等效导热系数法对球形颗粒填充复合材料的等效导热系数进行估算，其结果与实验值比较吻合；陈则韶等籍最小热阻力法则和比等效导热系数法则，提出了用求复合材料的等效热阻及其限区来确定该复合材料的等效导热系数的普遍式。

除此之外，国内外许多学者采用其他方法研究金属陶瓷复合材料的等效导热系数，也取得了显著的成就。有学者选用合适的单元体，采用热阻模型和积分平均方法，分别对分散相为球体和圆柱体的两相复合材料的有效热导率进行了推导，且用其所推导公式计算出的有效热导率的理论值与文献中的实验数据进行比较后得到了较为满意的结果[26-28]。文献[4]采用更为具体的Cu-FeS复合材料对其等效导热系数进行了研究，指出随着界面的增多，界面热阻随之增大，复合材料的导热性能进而大大降低。因此细小颗粒相对粗颗粒对材料的热学性能产生不利影响。

文献[29]提出关于金属基复合材料热导率可以根据基体和颗粒材料的导热率及颗粒在基体中的含量进行评价，根据几何平均值模型。式中：λc、λi、λm分别为复合材料、颗粒、基体的热导率。Vi为颗粒的体积分数。在实验条件下，镀活性金属膜金刚石／铜复合材料的热导率随着金刚石体积分数的增大而减小，主要是因为金刚石体积分数增加，使复合材料内的界面增多，界面热阻引起导热率下降。而复合材料的热导率却随金刚石颗粒的增大而升高。可以通过增大金刚石粒度和改善界面状态来提高复合材料的热导率。

文献[21]对金刚石/铜复合材料热导率的研究表明：复合材料的热导率与颗粒增强体的热导率和体积百分含量有关,并且随着颗粒增强体热导率的增加而增加。如果颗粒增强体的热导率高于基体,则复合材料的热导率随着增强体百分含量的增加而增加,如果颗粒增强体的热导率低于基体,则复合材料的热导率随着增强体百分含量的增加而降低。而金刚石/铜复合材料的热导率随着金刚石体积含量的增加而降低,造成这一反常现象（金刚石的热导率为600W/mK,铜的热导率为390W/mK）的原因在于金刚石与铜之间存在界面热阻的影响,可以通过增大金刚石粒径和改善界面状态来降低这种影响。此外，其他学者的一些研究也值得参考，就不一一赘述了。