Espumas metal/copos de grafito para aplicaciones de control térmico

Abstract

Los materiales que combinan un determinado grado de porosidad con elevada conductividad térmica son interesantes para algunas aplicaciones actuales de control térmico. En este trabajo se presenta el desarrollo de una nueva familia de materiales compuestos porosos multifásicos. Estos materiales están inspirados en el reciente desarrollo de una clase de materiales compuestos que presentan alta conductividad térmica y que combinan copos de grafito y partículas cerámicas en una matriz metálica. Sustituir las partículas cerámicas por partículas de sal común (NaCl) permite obtener una estructura de poros interconectados una vez que se elimina la sal por disolución en agua. De esta forma se han fabricado materiales espumados por medio de la infiltración mediante presión de gas de aluminio en preformas formadas por compactación de copos de grafito y partículas de NaCl. La conductividad térmica de estos materiales se ha medido y los resultados se discuten en base a cálculos realizados mediante dos modelos analíticos basados en las siguientes estructuras ideales: i) capas alternadas de copos de grafito semi-infinitos y espuma metálica; y ii) espumas metálicas con copos de grafito orientados.

Materials combining a certain degree of macroporosity and high thermal conductivity are interesting for current active thermal management applications. In this work a new class of multiphase composite porous materials have been fabricated. The materials are inspired by a recently developed family of high thermally conductive composite materials formed by combination of graphite flakes, ceramic particles and a metal matrix. Replacing the ceramic particles by NaCl particles allow obtaining an interconnected pore structure in the material after dissolution in water. Materials with aluminum matrices have been obtained by gas pressure infiltration of preforms conformed by mixtures of graphite flakes and NaCl particles. The thermal conductivity has been calculated and experimental results are discussed in accordance with two mathematical models based on ideal microstructures: i) alternated layers of semi-infinite continuous graphite flakes and metallic foam, and ii) a metallic foam with oriented graphite flakes in the struts.