半导体激光器自开发应用以来发展迅速,目前更是朝着高效率、高性能和小体积的方向飞速前进,随之也带来了一个散热难题。激光器运行时产生的热量越来越多,能否及时的把这些热量散发出去直接影响激光器工作的稳定性和可靠性。传统热管理材料的热物理性能很难同时满足激光器散热的需求,而新兴的石墨/铝复合材料因具有高热导、低热膨胀系数、轻密度和生成成本低廉等优异性能已成为热管理材料的核心竞争者。然而在制备过程中由于石墨与金属铝高温润湿性不好,很难得到结合致密的界面,因此改善界面也是目前研究的重点。本文选取在石墨粉体表面镀层的方法来调节石墨/铝复合材料的界面,深入研究石墨体积分数以及界面对于石墨/铝复合材料热导率的影响,并以此为基础,阐述石墨/铝复合材料的热传导机制,建立热导率的预测模型。针对石墨导热材料力学性能较差的问题,采用多种方式来提高石墨/铝复合材料的力学性能。本文的主要研究结果为:(1)采用盐浴法在石墨表面镀覆TiC和SiC,并通过调节混合粉体中Ti粉的含量,可以调节控制TiC镀层的厚度。石墨表面镀SiC过程中石墨片表面的C原子不断向Si原子方向扩散,并发生了化学反应生成SiC。SiC的生成方式有SiO2+C→SiC和Si+C→SiC两种,石墨表面镀覆TiC过程中,石墨粉体表面发生Ti、C反应生成了TiC。(2)对石墨/铝复合材料的显微组织、界面形貌以及界面调控手段进行了深入的研究,石墨/铝复合材料的组织形态随着石墨含量的增加,石墨片层会发生弯曲。通过对石墨表面镀覆TiC和SiC,在复合材料的界面分别形成graphite-TiC-Al和graphite-SiC-Al,界面中并未生成Al4C3相,复合材料的界面由不致密的Al-C弱结合变为了Ti、Si和石墨的化学结合以及碳化物和Al的冶金结合。(3)石墨/铝复合材料横向上热导率随着石墨片体积分数的增加而提高,并且提升显著,而纵向热导率随之降低。镀SiC处理后热导系数有了明显的提升,而镀TiC对热导率增益不大。此外,随着TiC镀层厚度的增加热导系数逐渐降低,但是抗弯强度逐步提升。(4)石墨/铝复合材料的热传导机制为铝中的电子传导+铝—石墨界面声子传导+石墨面内传导;在引入SiC、TiC镀层后,其热传导机制为铝中的电子传导+铝—镀层界面声子传导+镀层+镀层—石墨界面声子传导+石墨面内传导。并根据其热传导机制建立了热导预测模型,模型预测值和实验值吻合度较高。(5)通过对石墨表面镀层处理来强化石墨/铝复合材料,镀TiC石墨/铝复合材料的抗弯强度要明显高于未镀层复合材料,其抗弯强度达到116MPa,提高了将近一倍。未镀层复合材料的断裂方式主要是石墨从基体中拔出和石墨的脆性断裂。镀层会吸收大量的变形能量,在复合材料承受外力作用时,由于镀层在石墨和铝之间形成了连续平整的过渡层,增强了界面结合,复合材料中石墨片层发生了弯曲变形,形成了类似楼梯型的形貌。