片层石墨尺寸对片层石墨/Al复合材料的强度和热导率的影响

刘晓云^1,2，王文广²，王东²，肖伯律²，倪丁瑞²，陈礼清¹，马宗义²

1. 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室2. 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室

摘 要：采用粉末冶金法制备了名义尺寸为150、300、500 mm的片层石墨(graphite flakes,Gf)增强铝基(50%Gf/Al,体积分数)复合材料,得到密度均接近理论密度的致密复合材料坯锭。片层石墨与铝合金基体结合紧密,界面处无裂纹、孔洞等缺陷。片层石墨的(001)Gf基面与复合材料坯锭的圆周方向(坯锭的xy平面)基本平行,但受粉末冶金工艺的影响,较小片层石墨的(001)Gf基面与坯锭的xy平面略有偏差。随着片层石墨的尺寸增大,偏差逐渐减少。复合材料的强度随着片层石墨尺寸增加逐渐降低。150 mm片层石墨复合材料的弯曲强度为82 MPa,当片层石墨尺寸增至500 mm时,强度降低至39 MPa。片层石墨强度较低,裂纹容易沿片层石墨的层间扩展,随着片层石墨尺寸增大,这一现象更加明显,容易在断口中观察到片层石墨剥离的现象。复合材料xy平面的热导率随片层石墨尺寸增大而增加,最高可达604 W/(m·K),与尺寸较小的片层石墨相比提高63%。300、500 mm片层石墨复合材料的界面换热系数略低于理论值,但150 mm片层石墨复合材料的界面换热系数明显小于理论值。除了片层石墨的尺寸,其形状、分布和内部缺陷等对复合材料的热导率也有一定的影响。

关键词：片层石墨;铝基复合材料;热导率;力学性能;