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热冲击
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{| class="wikitable" align="right"|-| style="background: #FF2400" align= center| '''<big> 热冲击 是指由于急剧加热或冷却,使物体在较短 </big>'''|-|<center><img src=https://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20200226/6671eb771c5349379f32d3d1fc9e8f50.jpeg width="300"></center><small>[https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=0&ipn=d&word=%E7%83%AD%E5%86%B2%E5%87%BB&step_word=&hs=0&pn=77&spn=0&di=7207123747399008257&pi=0&rn=1&tn=baiduimagedetail&is=0%2C0&istype=0&ie=utf-8&oe=utf-8&in=&cl=2&lm=-1&st=undefined&cs=8998105%2C3983552607&os=673027791%2C1033589139&simid=171907218%2C860363366&adpicid=0&lpn=0&ln=1723&fr=&fmq=1680218419255_R&fm=&ic=undefined&s=undefined&hd=undefined&latest=undefined©right=undefined&se=&sme=&tab=0&width=undefined&height=undefined&face=undefined&ist=&jit=&cg=&bdtype=0&oriquery=&objurl=https%3A%2F%2F5b0988e595225.cdn.sohucs.com%2Fimages%2F20200226%2F6671eb771c5349379f32d3d1fc9e8f50.jpeg&fromurl=ippr_z2C%24qAzdH3FAzdH3Fooo_z%26e3Bf5i7_z%26e3Bv54AzdH3FwAzdH3Fn0cl8n0am_9mmb0a&gsm=3c&rpstart=0&rpnum=0&islist=&querylist=&nojc=undefined&dyTabStr=MCwzLDEsNiwyLDQsNSw3LDgsOQ%3D%3D 来自 呢图网 的 时间内产生大量的热交换,温度发生剧烈的变化时,该物体就要产生冲击热应力,这种现象称为热冲击。金属材料受到急剧的加热和冷却时,其内部将产生很大的温差,从而引起很大的冲击热应力,这种现象称为热冲击。一次大的热冲击,产生的热应力能超过材料的屈服极限,而导致金属部件的损坏。图片]</small>|-| style="background: #FF2400" align= center| '''<big></big>'''
Parry 等在研究中发现,当元器件处于静态温度环境中的[[时候]],并不容易造成元器件的损害,当环境中温度出现变化时,材料可能发生热疲劳损耗,器件的损坏几率才会增加,而这与温度循环振幅、温度梯度、材料匹配度息息相关。采用压力浸渗和超高压的两种制备方法制备金刚石/铜复合材料,选用了空气介质法和液体介质法,通过热导率和热膨胀系数两个重要的热学性能指标,来评价材料的抗高低温极值交替冲击的能力,为其进一步研究和应用提供科学依据 。 ==金刚石/铜复合材料微观形貌==由于制备方法与合金成分的不同,3 种复合材料的断口也展现了不同的形貌。由于金刚石与铜间润湿性差且不反应,Dia /Cu 中的金刚石表面比较干净,与基体间存在着一定的缝隙,结合的并不好。大部分金刚石整颗从铜基体中剥离,依然保持原有完整的晶形,表明金刚石与基体的结合力小于金刚石自身的[[强度]],界面为整个材料的薄弱环节,受力时首先从界面处断开。 而在Cu 基体中添加容易与金刚石反应的Cr,则可以使得界面结合强度得到明显的[[改善]]。 在高温与压力的作用下,Cr 与金刚石发生 [[ 化学反应 ]] ,形成冶金结合, Dia /CuCr 的基体中可以看到与金刚石反应后留下的网状花样。
由于冶金结合使得界面强度提高,界面结合强度大于金刚石自身强度时,部分金刚石在脆断过程中则被拉断,而断开的金刚石依然与基体保持紧密的结合。在不添加Cr 的情况下,利用超高压的制备方法,使界面进行机械结合来改善界面强度。
在4 ~ 6 GPa 的压力作用下,EHVDia/Cu 中的金刚石与基体间结合紧密,金刚石颗粒之间也发生了部分的界面聚晶反应,大部分金刚石发生了 [[ 断裂 ]] ,断口平整,表明界面结合强度得到了很大的提高。
热导率是热管理材料的关键性能参数。在温度变化的环境下,由于金刚石与铜热膨胀系数相差很大,温度上升时基体受压应力,而金刚石则表现为拉应力,温度下降时则刚好相反。在使用过程中,界面处是应力变化最集中处,而界面又正是复合材料的薄弱环节,能否保持界面结合良好,是否影响到材料的热导率,直接关系到整个器件的可靠性。
用3 组金刚石/铜复合材料在两种热冲击条件 [[ 循环 ]] 前后做热导率对比。由于界面结合较差,Dia /Cu 的初始值仅有459. 1 W·m- 1·K- 1,而界面更好的Dia /CuCr 热导率则达到了529. 7 W·m-1·K-1,超高压制备的EHV-Dia /Cu 更是高达678. 2 W·m- 1·K-1。
在空气介质-65 ~ 125 ℃的条件下,冲击循环100周次过后,在-65 ~ 125 ℃ 液体介质中冲击循环100 周次后,3 组材料的热导率变化都不大,Dia /Cu 下降2.35%,Dia /CuCr 基本保持不变,EHVDia/Cu 下降1.14%。
在-196 ~ 85 ℃的条件下,冷却介质由气体改为 [[ 液体 ]] ,冲击循环100 周次过后,Dia /Cu 热导率急剧下降34.29%,降至301. 7 W·m - 1·K -1。在极限温度幅度更大,温度变化速率更快的温度冲击下,界面处由于热膨胀失配引起更大的热应力。由于Dia /Cu 在界面结合强度不高,界面间存在缝隙的情况下,界面结合力小于热应力,从而使材料失效。通过添加Cr,与金刚石发生化学反应,改善界面强度后,材料的热导率有了明显的提升。Dia /CuCr 的抗热冲击能力得到了显著的 [[ 加强 ]] ,-196 ~85 ℃的条件100 周次过后,热导率保持在513.6W·m-1·K -1仅下降了3. 04%。在超高压条件下,不仅使金刚石与基体结合紧密,EHV-Dia /Cu 在小范围内发生聚晶反应,部分金刚石与金刚石之间相互连接,增强体连通使得抗热冲击能力进一步增强。在苛刻的-196 ~ 85 ℃的条件下,表现出了良好的稳定性,热导率变化仅为2.36% 。 ==热冲击对金刚石热膨胀系数的影响==热管理材料的另一项重要指标是热膨胀系数,通过调节增强体的体积分数,可以满足不同的需要,与其他材料相匹配。本实验选用的是压力浸渗方法制备的体积分数为60%的金刚石/铜复合材料,经受两种条件下100 周次热冲击考核。Dia /Cu 的初始值要明显大于Dia /CuCr,这是由于Dia /Cu 的界面结合不好,金刚石与基体间存在着[[缝隙]],使得低膨胀系数的金刚石对高膨胀系数的基体约束力下降。针对界面结合强度较好的材料进行预循环处理,有利于材料的热膨胀系数更加[[稳定]] 。
2.-55 ~ 125 折叠编辑本段总结1. ℃ 加强金刚石的热冲击条件下,Dia /Cu,Dia /CuCr,EHV-Dia / 铜复合材料 Cu 的 界面结合强度,有利于获得高 热导率 保持良好的[[稳定性]] , 低热膨胀系数的材料 变化在2. 5%以内 。