Eigenschaften und Mikrostruktur von Cu/CNT Verbundwerstoffen durch thermische Zersetzung von Metallsalzen

Abstract

Diese Arbeit sollte untersuchen, ob Carbon Nanotubes in einem Kupfermatrix Carbon Nanotubes Komposit zur Wärmeleitfähigkeit beitragen können. Zur Synthese der Kupfermatrix wurde eine Methode mittels thermischer Zersetzung von Metallsalzen entwickelt. Außerdem wurden Möglichkeiten untersucht wie die Metalle Bor, Kobalt, Molybdän, Eisen und Titan in die Komposite eingebracht werden können. Anschließend wurde eine Reihe von konsolidierten Proben hergestellt, um die thermophysikalischen Eigenschaften zu untersuchen. Es wurde die Wärmeleitfähigkeit und der thermische Ausdehnungskoeffizient gemessen und mit Proben mit Carbon Nanotubes und ohne Mittlermetall verglichen.<br />Für Proben, die Mittlermetalle enthielten, die sich in Kupfer lösen, wurden auch Referenzproben mit den entsprechenden Legierungszusammensetzungen aber ohne Carbon Nanotubes hergestellt.<br />Weiters wurden sie mittels Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und ausgewählte Proben mittels Feldemissionsrasterelektronenmikroskopie untersucht. Die Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalte wurden mittels Sauerstoff- bzw. Kohlenstoffanalysator gemessen. Zur Quantifizierung der Mittlermetallgehalte ausgewählter Proben wurde ICP-OES verwendet. Die hergestellten Proben hatten durchwegs eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als Reinkupfer. Durch Vergleich mit den Referenzproben konnte kein Beitrag der Carbon Nanotubes zur Wärmeleitfähigkeit des Komposites festgestellt werden. Außerdem konnte kein Einfluss der Carbon Nanotubes auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten festgestellt werden. Titan zeigte das größte Potential als Mittlermetall und erfordert weitere Untersuchungen.<br />

This work studied the effect of carbon Nanotubes on the thermal conductivity of copper matrix carbon nanotubes composites. A method for synthesizing a composite by thermal decomposition of metal salts was developed. Also possibilities to dope the composite with Boron, Cobalt, Molybdenum, Iron and Titanium were researched. Then consolidated samples were produced. The thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion were measured. The values were compared with samples without carbon nanotubes. Also samples without carbon Nanotubes but doped with the metals were produced for comparison. All samples were examined with light microscopy, scanning electron microscopy and field emission scanning electron microscopy. Die oxygen and carbon concentrations were measured. For quantification of the metal concentrations ICP-OES measurement were made. The produced samples all had a lower thermal conductivity the pure copper. By comparison with the reference samples there was found no contribution from the carbon nanotubes to the thermal conductivity of the composites. There was also no influence on the coefficient of thermal expansion. Titanium showed the most potential and needs more examination.