Aluminiumcomposieten - aluminiumoxide voor thermisch management

Sirris en haar partners ontwikkelen keramiek-metaalcomposieten om thermische stromen te managen, in het bijzonder dicht bij het motorblok van auto’s.

In het kader van het Pristimat 2-project (Interreg IV) ontwikkelt Sirris met haar partners keramiek-metaalcomposieten. De bedoeling is om thermische stromen beter te kunnen managen door een geleidend en een isolerend materiaal met elkaar te combineren zodat de warmte in bepaalde richtingen vlot wordt afgevoerd en tegelijkertijd gevoelige componenten in andere richtingen worden beschermd. Als eerste toepassing wordt gedacht aan motorblokken in auto’s en katalysatoren.

Voor de betrokken composieten wordt uitgegaan van een poreuze keramische structuur die wordt geïmpregneerd met een aluminiumlegering. Het macroporeuze keramiek wordt verkregen op basis van een structuur van PMMA-kogeltjes (polymethylmetacrylaat), die als porogeen wordt gebruikt, en door gieten van een waterige suspensie van aluminiumoxidepoeder. Het porogeen wordt verwijderd tijdens een hoge-temperatuurbehandeling waardoor de keramiekstructuur wordt geconsolideerd. Op de structuur die vooraf in een matrijs van pleisterkalk werd gevat wordt vacuüminfiltratie van de gesmolten metaallegering toegepast bij een temperatuur van 750°C met behulp van een speciaal ontwikkelde impregnatie-installatie. 

De thermische en elastische eigenschappen van het verkregen composietmateriaal zijn bestudeerd rekening houdend met verschillende fabricageparameters (grootte van de PMMA-kogeltjes, aard van de legering enz.) om na te gaan met welke parameters de thermische geleiding kan worden aangepast en - met het oog op de fabricage van complexere stukken - de warmtestromen kunnen worden gestuurd. 

Om het procedé voor de realisatie van de tweefasencomposieten te modelleren en de effectieve thermische eigenschappen op een vergelijkende en voorspellende manier te berekenen zijn numerieke tools ontwikkeld. Er zijn nomogrammen van de thermische geleidbaarheid uitgewerkt naargelang van de volumefractie van de metallische fase in het composiet. De experimentele resultaten komen overeen met de waarden die door numerieke berekening worden verkregen. De modellen konden worden geoptimaliseerd door rekening te houden met de eigenschappen van de keramische en de metallische fase, individueel gemeten, en met de productieparameters zoals de trilling van de opeengestapelde PMMA-kogeltjes vóór de chemische-vormfase voor een betere verdeling in de matrijs. 

 

Tot nu toe hebben de onderzoekers gewerkt met vlakke platen maar tegen eind oktober 2014 zou een functionele demonstrator met een complexe vorm beschikbaar moeten zijn.

Tags: