Thermal conductivity of highly conductive metal-matrix composites

Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in engl. SpracheDie vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Untersuchung von thermischer Leitfähigkeit und elektrischem Widerstand von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen "Metal Matrix Composites" = (MMC)). In den Verbundwerkstoffen wurden die Metalle Silber (Ag) und Aluminium (Al), zwei sehr gute thermische Leiter, verwendet. Diese wurden anschließend mit Diamanten und Kohlefasern, welche ebenfalls hervorragende thermische Eigenschaften besitzen, verstärkt. Das teilweise zugesetzte Legierungselement Silizium (Si) ist für die Bindung von Diamant und Metall-Matrix notwendig. Die Proben wurden von Dr. Ch. Edtmaier des Institutes für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien hergestellt und in drei Sorten aufgeteilt: *AgSix-Legierungen: AgSi0.1, AgSi0.5, AgSi1 und AgSi3, * AgSi3-x%Cf-Zusammensetzungen: AgSi3-30%Cf und AgSi3-35%Cf * Diamanthaltige Proben, die in Untergruppen aufgeteilt wurden: AgSi1-Serie, AgSi3-Serie, Al-Serie, AlSi0,5-Serie und AlSi3-Serie. Alle Gruppen zeigen bezüglich des elektrischen Widerstandes das Verhalten einfacher Metalle, obwohl die letzte Gruppe Isolatoren in Form von Diamanten enthält. Die Untersuchung der thermischen Leitfähigkeit der AgSix-Legierungen zeigen, dass durch die Dotierung mit Silizium die thermische Leitfähigkeit von Silber (das Metall mit der höchsten thermischen Leitfähigkeit [Referenz]) erhöht werden kann. Die Zusammensetzungen mit Silber (Ag) oder Aluminium (Al) und Diamant ergeben, wie erwartet, sehr hohe und interessante Werte der thermischen Leitfähigkeit.This thesis deals with the investigation of thermal conductivity and electrical resistivity of metal matrix composites (MMC). The metals used were silver (Si) and aluminium (Al), which are very good thermal conductors. They were reinforced with diamonds and carbon fibers, which also show very good thermal conductivity. Silicon was added to the alloy to bind the diamonds to the metal. The samples were produced by Dr. Christian Edtmaier at the Institute for Chemical Technologies and Analytics. The samples are grouped into: *AgSix-alloys: AgSi0.1, AgSi0.5, AgSi1 und AgSi3, * AgSi3-x%Cf-composites: AgSi3-30%Cf and AgSi3-35%Cf * samples containing diamonds, which were further divided into five subgroups: AgSi1-serie, AgSi3-serie, Al-serie, AlSi0,5-serie und AlSi3-serie. The resistivity of all samples reveals the behaviour of simple metals even though diamonds should act as insulators. Thermal conductivity measurements of the AgSix-alloys show that the thermal conductivity of silver (Ag has the highest thermal conductivity of all pure elements [1]) can be improved by the substitution with silicon. The compounds containing either silver (Ag) or aluminium (Al) with diamonds show interestingly high thermal conductivities, as was expected.9

Temperature dependence of the thermal boundary conductance in Ag–3Si/diamond composites

The effect of oxygen termination of diamond surfaces on the interface thermal conductance between Ag–3Si and diamonds is investigated in dependence of temperature by measuring thermal conductivity in the temperature range from 4 K up to ambient. Composites for O-terminated diamonds exhibit a marked maximum of 960 W m− 1 K− 1 at roughly 150 K. Calculation of the interface conductance by the differential effective medium (DEM) scheme obtained marked difference between H- and O-terminated diamond surfaces in composites and is supported by AFM force distance measurements on native, H-terminated, and O-terminated diamond single crystal (100) surfaces. O-termination can be easily induced by immersing diamonds in hot aqua regia solution