聚合物%2f无机物复合材料导热性能的数值模拟

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1、主席：委员：导师：街椎m1I

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3、11l⋯ⅧⅧlY1887010巴工业大学硕中国科学技术大学教授合肥工业大学教授殂谴合肥工业大学副教授合肥工业大学教授独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表聚合物／无机物复合材料导热性能的数值模拟摘要随着集成电路的飞速发展，通过电子设备和电子灌封材料的单元功率耗散和热流不断的增大。高导热聚合物／无机物复合材料具有高绝缘、低密度、高导热和耐腐蚀等优异性能而成为理

4、想的电子灌封材料。有许多因素影响聚合物／无机物复合材料的导热系数，通过试验的方法制备目标产品，需要消耗大量的原材料和时间，而数值模拟的方法能有效的降低试验成本和减短复合材料的设计周期。本论文采用了数值模拟和实验验证相结合的方法来预测复合材料的导热系数，内容如下：通过数值技术中的有限元分析方法研究了无机导热填料填充聚合物基复合材料的导热性能。用C++语言和MATLAB语言编程分别生成了球体与柱体填充的随机分布模型、取向分布模型和周期性边界条件模型。采用随机序列吸附方法(RSA)，建立的三维有限元随机分布模型可以生成颗粒位置随机分

5、布、颗粒直径和不同粒径的比例任意调整的代表体积单元，能够得到单一粒径和多粒径的模型。取向分布的模型，让填料在热传导方向上排列，而其他方向上的填料和填料之间有一定的距离，距离大小由颗粒填充体积比确定。满足周期性边界条件的模型，如果随机生成的颗粒超出胞体的边界则将其分割成若干块，并移至所取胞体中相应的位置。利用ANSYS软件对三维模型进行了有限元分析预测复合材料的导热系数，并且研究了填料结构和尺寸、不同尺寸比例和填料在基体中的分布情况对复合材料导热性能的影响。有限元方法模拟结果显示：填料粒径正态分布时，能够在聚合物基体中有效堆积而

6、提高填充量；两种粒径比例不同时，导热系数也不同，大球径的比例含量高时导热复合材料的导热系数稍高；填料取向分布和高的长径比能大大提高复合材料的导热系数；周期性边界条件模型的预测值比随机分布模型的略高。制备了粒径3pmAlN填充硅橡胶的复合材料，并测试了不同填充量下体系的导热系数，用以验证所建模型的准确性。结果表明，，灌封胶的导热系数随着A1N含量的增加而增大，当填料质量比超过50％时增加的幅度越来越大，与模型的模拟结果十分接近，证明本文所建模型能够较精确地预测无机填料填充的复合材料的导热系数。另外还发现，周期性边界条件模型的预测

7、值比随机分布模型的预测值更接近实验值。关键词：聚合物基复合材料；模型；ANSYS；有限元分析；导热系数IVNumericalsimulationofthermalconductivityofpolymer—matrix／inorganicparticlescompositesABSTRACTThepowerdissipationandheatfluxinaunitofelectronicpackagesandequipmentsincreaseceaselesslywiththerapidlydevelopmentofinte

8、gratedcircuit．Thermalconductivepolymer／inorganicparticlescompositesisemergingasidealheatdissipationencapsulantduetoelectricinsulatibity，lowdensity，highthermalconductivityandcorrosionresistance．Therearemanyfactorsthatinfluencethethermalconductivityofpolymer／inorganic

9、particlescomposites．Experimentalmethodtodesignthecompositesneedsalotofresourcesandtime，andnumericalmethodiseffectivetoreducetheexperimentalcostsandshortenthedesigncycleofcomposites．Thispaperuseboththenumericalmethodandexperimentalverificationmethod，thecontentareasfo

10、llows：Thethermalconductivityofpolymer-matrixcompositesfilledwithinorganicparticleswasinvestigatedthroughnumericaltechniqueusingfiniteeleme