Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

The present work focuses to explore the influencing factors of thermal conductivity and electrical conductivity and to establish the relationship between thermal conductivity and electrical conductivity in Al-B4C composites. Al-B4C composites with different aluminum matrices and various volume fractions of B4C were used in the study. Their microstructure, including the reinforcement particles and reactions products, was characterized while the evolution of thermal conductivity and electrical conductivity was studied, and their relationship was established. In this study, optical microscopy and scanning electron microscopy were used to observe the evolution of microstructure with different particles (type, size and volume fraction) and different matrices (1xxx, 3xxx and 6xxx). Laser Flash Thermal Conductivity Meter and SIGMASCOPE Electrical Conductivity Meter were used to monitor thermal and electrical conductivity. The effects of particle size, volume fraction, interfacial thermal resistance/electrical resistance on thermal and electrical conductivity were studied in conjunction with thermal and electrical conductivity prediction models. An empirical equation between thermal conductivity and electrical conductivity was established. The results of this paper are divided into two parts. In the first part, the effects of particle volume fraction, particle size, heat treatment as well as the testing temperature and rolling thickness on the evolution of thermal and electrical conductivity of 1100-B4C composites were investigated by combining various thermal conductivity and electrical conductivity prediction models. The results show that the reaction product increases as the particle volume fraction increases and both thermal conductivity and electrical conductivity is linearly decreasing with the increasing volume fraction of B4C particles. However, the testing temperature in the range of 20-250℃ is no effect on thermal conductivity, and rolling thickness is found no effect on thermal conductivity and electrical conductivity. While, both thermal conductivity and electrical conductivity increased after heat treatment until 430℃/4h followed by a plateau with further increasing temperatures. Among the various prediction models, Bruggeman-ET and Bruggeman are the most suitable ones for predicting the thermal conductivity and electrical conductivity of 1100-B4C composites, respectively. Finally, a linear relationship is established to present the relationship between thermal conductivity and electrical conductivity in studied 1100-B4C composites. In the second part, the relationship between thermal conductivity and electrical conductivity in other aluminum metal matrix composites (6xxx/3xxx-B4C and 6061-Al2O3) was investigated combining thermal conductivity and electrical conductivity prediction model. The results show that though with different matrix and reinforcement particles, the relationship between thermal conductivity and electrical conductivity in studied 6xxx/3xxx-B4C and 6061-Al2O3 also composites are still linear and fits the empirical equation obtained from 1xxx-B4C composites.

Le présent travail vise à explorer les facteurs influençant la conductivité thermique et la conductivité électrique et à établir la relation entre la conductivité thermique et la conductivité électrique dans les composites Al-B4C. Dans cette étude, on a utilisé des composites Al-B4C avec différentes matrices d'aluminium et diverses fractions volumiques de B4C. Leur microstructure, y compris les particules de renfort et les produits de réaction, a été caractérisée. De plus, l'évolution de la conductivité thermique et électrique a été étudiée, et leur relation a été établie. Dans cette étude, la microscopie optique et la microscopie électronique à balayage ont été utilisées pour observer l'évolution de la microstructure avec différentes particules (type, taille et fraction volumique) et différentes matrices (1xxx, 3xxx et 6xxx). Le conductimètre thermique à flash laser et le conductimètre électrique SIGMASCOPE ont été utilisés pour surveiller la conductivité thermique et électrique. Les effets de la taille des particules, de la fraction volumique, de la résistance interfaciale thermique/électrique sur la conductivité thermique et électrique ont été étudiés en conjonction avec des modèles de prédiction de la conductivité thermique et électrique. Une équation empirique entre la conductivité thermique et la conductivité électrique a été établie. Les résultats de ce travail sont divisés en deux parties. Dans la première partie, on a étudié les effets de la fraction volumique et de la taille des particules, ainsi que l’effet du traitement thermique, de la température d'essai et de l'épaisseur de laminage sur l'évolution de la conductivité thermique et électrique des composites 1100-B4C, tout en combinant divers modèles de prédiction de conductivité thermique et de conductivité électrique. Les résultats montrent que le produit de réaction augmente à mesure que la fraction volumique des particules augmente et que la conductivité thermique et la conductivité électrique diminuent de manière linéaire avec la fraction volumique croissante des particules B4C. Cependant, la température de test dans la plage de 20 à 250 ℃n'a aucun effet sur la conductivité thermique et l'épaisseur de laminage n'a aucun effet sur la conductivité thermique et la conductivité électrique. Alors que la conductivité thermique et la conductivité électrique ont augmenté sous l’effet du traitement thermique allant jusqu'à 430℃/4h suivi d'un plateau sous l’effet des températures encore plus élevées. Parmi les différents modèles de prédiction, Bruggeman-ET et Bruggeman sont les plus appropriés pour prédire la conductivité thermique et la conductivité électrique des composites 1100-B4C, respectivement. Enfin, une relation linéaire est établie pour présenter la relation entre la conductivité thermique et la conductivité électrique dans les composites 1100-B4C étudiés. Dans la deuxième partie, on a étudié la relation entre la conductivité thermique et la conductivité électrique dans d'autres composites à matrice métallique d'aluminium (6xxx/3xxx-B4C et 6061-Al2O3), tout en combinant les modèles de prédiction de la conductivité thermique et de la conductivité électrique. Les résultats montrent que bien qu'avec des matrices et des particules de renforcement différentes, la relation entre la conductivité thermique et la conductivité électrique dans les composites étudiés 6xxx/3xxx-B4C et 6061-Al2O3 est toujours linéaire et correspond à l'équation empirique obtenue à partir de 1xxx-B4C.