铜基电触头石墨烯改性复合材料导热性能优化设计OA

随着中国新能源电力系统向更高电压等级、大容量化方向发展,断路器触头的服役性能受到了严峻的挑战,其关键在于高能电弧所产生的热量积聚引起的表面烧蚀,因此亟需设计高导热铜基复合材料以提高触头的抗烧蚀性能。石墨烯因其热性能突出被广泛应用于提升金属基复合材料的导热性能,为此文中构建了不同石墨烯排列取向、尺寸以及层数的复合分子模型,探究了温度和石墨烯掺杂结构参数对复合材料热导率的影响,分析了石墨烯对复合材料导热性能的微观增强机制,优化设计了更高抗烧蚀性能铜基复合材料并通过实验进行了验证。结果表明:石墨烯复合材料的热导率与温度成反比,但均高于纯铜基体热导率;石墨烯排列取向与热流方向夹角处于0°~8.19°之间时能有效提高复合材料热导率;复合材料热导率随石墨烯尺寸、层数增大而增大,掺杂排列角度为0°、尺寸为378.84Å的5层石墨烯时,复合材料的热导率提升最为显著,较纯铜模型提高了72.7%。文中可为工程上高性能铜基复合材料的优化设计提供理论指导与技术支撑。