氮化铝/银/石墨导热硅脂的制备与性能研究

摘要

随着我国经济的不断发展，工业化水平的不断提高，高温润滑问题也日益受到研究人员的关注。许多关键润滑部位要求润滑脂具备高导热性能、高的导电性能或高绝缘性能。本文选用二甲基硅油为基础油，氮化铝(AlN)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、鳞片石墨(FG)和微米银棒(Ag)为导热填料，聚四氟乙烯(PTFE)和复合锂皂做稠化剂制备了导热硅脂。分别选用导热系数仪和体积电阻率仪研究不同填料复配对硅脂的导热性能和导电性能的影响。使用高速往复摩擦磨损试验机(MFT-R4000)考察硅脂在钢-钢摩擦副下的摩擦磨损性能，并且研究硅脂在电场条件下的载流摩擦磨损性能。使用扫描电子显微镜(SEM)观察磨痕表面形貌，利用能谱仪(EDS)对磨痕表面进行元素成分分析。用空间分布势能函数来描述目标空间分布构型并设计了Monte Carlo可控空间分布算法，该算法能够有效生成任意质量分数、任意填料复配的网链结构空间分布构型。得出结论如下:
　　1)导热填料形貌的复配以及含量对硅脂的导热系数和体积电阻率有很大影响。在单组分硅脂中，AlN和Mg(OH)2的含量越大，硅脂导热系数越大，当AlN质量分数为80％时，硅脂的导热系数为1.218(W·mK)。在二元组分硅脂中，石墨的含量越大，硅脂的导热系数越大，体积电阻率越小;而随着银棒含量的增加，硅脂的导热系数增幅不明显，甚至有下降趋势。在三元组分硅脂中，当AlN、石墨和银棒的比例为10∶6∶1时，硅脂具备最优的导热性能和导电性能，导热系数达到1.623(W·mK)，比硅油基体的导热系数增加约711％。
　　2)通过摩擦磨损试验发现以PTFE和复合锂皂为稠化剂制备的硅脂具备良好的减摩抗磨性能，最小平均摩擦系数和磨痕宽度分别为0.091和0.227mm，比硅油基体的降低约229％和671％。结合能谱分析发现沉积在磨损表面的PTFE具有较小的剪切力，在摩擦过程中起到了减小摩擦力的作用。在电场的作用下，三元组分硅脂的摩擦系数和接触电阻变化最平稳。AlN、石墨和银棒在摩擦表面生成一层导电性良好的保护层，保证摩擦过程中两电极接触良好，能够抑制电弧对摩擦表面的侵蚀。
　　3)相比于传统的数值计算方法，有限元的模拟结果更接近实验值。有限元的分析结果表明:一定量的质量分数和有效的粒子分布是形成有效导热通路的两个必要条件，二者缺一不可。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 导热硅脂的导热性能

1．2．1 导热硅脂的导热机理

1．2．2 影响导热硅脂导热性能的因素

1．3 导热硅脂的导电性能及摩擦磨损性能

1．4 导热硅脂的有限元分析

1．5 本论文研究的内容及目的

第2章 以导热填料作为稠化剂制备导热硅脂及其性能

2．1 引言

2．2 导热硅脂的制备

2．2．1 实验材料

2．2．2 导热硅脂制备步骤及参数

2．3 导热硅脂的导电!性能

2．3．1 实验方法

2．3．2 体积电阻率

2．4 导热硅脂的导热性能

2．4．1 实验方法

2．4．2 硬脂酸处理对AIN导热硅脂导热系数的影响

2．4．3 单组分导热硅脂的导热性能

2．4．4 二元组分导热硅脂的导热性能

2．4．5 三元组分导热硅脂的导热性能

2．5 导热硅脂的摩擦磨损性能

2．5．1 实验方法

2．5．2 单组分导热硅脂的摩擦磨损性能

2．5．3 二元组分导热硅脂的摩擦磨损性能

2．5．4 三元组分导热硅脂的摩擦磨损性能

2．6 本章小结

第3章 以聚四氟乙烯作为稠化剂制备导热硅脂及其性能研究

3．1 引言

3．2 导热硅脂的制备

3．2．1 实验材料

3．2．2 导热硅脂的制备步骤及参数

3．3 导热硅脂的导电性能

3．3．1 实验仪器

3．3．2 体积电阻率

3．4 导热硅脂的导热性能

3．4．1 实验方法

3．4．2 单组分导热硅脂的导热性能

3．4．3 二元组分导热硅脂的导热性能

3．4．4 三元组份导热硅脂的导热性能

3．5 导热硅脂的摩擦磨损性能

3．5．1 实验方法

3．5．2 单组分导热硅脂的摩擦磨损性能

3．5．3 二元组份导热硅脂的摩擦磨损性能

3．5．4 三元组分导热硅脂的摩擦磨损性能

3．6 本章小结

第4章 以复合锂皂作为稠化剂制备导热硅脂及其性能研究

4．1 引言

4．2 导热硅脂的制备

4．2．1 实验材料

4．2．2 导热硅脂的制备步骤及参数

4．3 导热硅脂的导电性能

4．3．1 实验仪器

4．3．2 体积电阻率

4．4 导热硅脂的导热性能

4．4．1 实验方法

4．4．2 单组分导热硅脂的导热性能

4．4．3 二元组分导热硅脂的导热性能

4．4．4 三元组份导热硅脂的导热性能

4．5 导热硅脂的摩擦磨损性能

4．5．1 实验方法

4．5．2 单组分导热硅脂的摩擦磨损性能

4．5．3 二元组份导热硅脂的摩擦磨损性能

4．5．4 三元组分导热硅脂的摩擦磨损性能

4．6 本章小结

第5章 导热硅脂的有限元分析

5．1 模型的基本假设

5．2 非均匀空间分布算法

5．3 导热硅脂微结构模型的构建

5．4 有限元模型计算

5．5 仿真结果分析

5．5．1 温度云图和热流云图

5．5．2 实验值、模拟值与理论预测模型的比较

5．5．3 非均匀空间分布的定量分析

5．6 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参与的科研工作

致谢