Thermo-physikalische Eigenschaften von Ag-CNT-Verbundwerkstoffen

Abstract

Durch die zunehmende Miniaturisierung technischer Geräte wächst die Bedeutung des Thermal Managements. Traditionelle Kühlkörpermaterialien wie Silber und Kupfer treffen dabei auf ihre Grenzen. Einerseits wird eine höhere Leitfähigkeit gefordert, andererseits soll die Wärmeausdehnung des Kühlkörpers dem eines Halbleiters entsprechen. Verschiedene Kohlenstoffformen wie Diamant, Graphit, Kohlenstofffasern und Carbonnanotubes (CNTs) weisen eine entsprechend geringe Wärmeausdehnung und eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Metalle auf. Durch die Einbettung dieser Kohlenstoffformen in eine Metallmatrix, sollte ein Material hergestellt werden, welches eine höhere Leitfähigkeit und gleichzeitig einen geringe Ausdehnung als das Reinmetall aufweist.<br />In dieser Diplomarbeit wurden Ag-CNT-Komposite über verschiedene Methoden hergestellt und ihre thermo-physikalischen Eigenschaften gemessen. Um einen besseren Kontakt zwischen Silber und den CNTs zu gewährleisten wurde ein weiteres Metall (Co, Mo, Ni) als Mittlermetall verwendet, welches eine Zwischenschicht aufbauen sollte. Die CNTs wurden zuerst mit Silber und einem Mittlermetall beschichtet. Dies erfolgte nasschemisch und über thermische Verfahren. Die resultierenden Pulver wurden gepresst, gesintert und heißgepresst.<br />Es konnte eine leichte Verbesserung der Eigenschaften erreicht werden.<br />

The importance of thermal management is increasing because of the growing miniaturisation of technical devices. Traditional materials for heatsinks like copper and silver are reaching their limits. On one side there is a demand for higher thermal conductivity, on the other side the thermal expansion of the heatsink has to match the thermal expansion of a semiconductor. A variety of carbon-forms like diamond, graphite, carbonfibers and carbonnanotubes (CNT) show a smaller thermal expansion and higher thermal coefficient than these metals. By introducing these carbonforms into a metal-matrix a material can be produced which has a higher conductivity and also a lower coefficient of expansion than a pure metal.<br />In this Masterthesis Ag-CNT-Composites were produced by different methods and there thermo-physical properties were measured. To obtain a better interaction between silver and CNTs an additional metal (Co, Mo, Ni) was used as an active element. This active element should form a layer between Ag and the CNTs. First the CNTs were coated by silver and the active element. This was prepared by a wet chemical and a thermal process. The resulting powder was pressed, sintered and hotpressed. A small improvement of the thermo-physical properties could be achieved.<br />