Einfluss der Konnektivität einer gut wärmeleitenden Phase eingebettet in einer schlechter leitende Matrix auf die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffes

In Verbundwerkstoffen, die aus Phasen bestehen, die bezüglich einer physikalischen Eigenschaft einen grossen Phasenkontrast aufweisen, spielt die Topologie der Phasenanordnung eine wichtige Rolle: ist z.B. die deutlich besser thermisch leitenden Phase die Matrix und die schlecht leitende Phase in einzelnen Einschlüssen vorliegend, so ist die Verbundleitfähigkeit deutlich besser als im umgekehrten Fall. Interessant ist hierbei, wie sehr die gute leitende Phase zusammenhängend sein muss, um gute Verbundleitfähigkeit zu erzielen. Diese Fragen werden anhand von teilgesinterten Pulverschüttungen von Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid untersucht: zum einen wird deren Leitfähigkeit in Abhängigkeit des Sinterungsgrades gemessen, zum anderen wird die thermische Leitfähigkeit von durch Gasdruckinfiltration von Blei in die genannten Sinterkörper entstehende Verbundwerkstoffe gemessen. Die Wärmeleitfähigkeit sowohl der Sinterkörper als auch der Verbundwerkstoffe nimmt mit zunehmendem Sintergrad schnell zu, und die Obergrenze gemäss Hashin und Shtrikman wird bereits bei einer Konnektivität von 0.12-0.15 erreicht. In diesen interpenetrierenden Verbundwerkstoffen kann zudem eine höheren Wärmeleitfähigkeit erzielt werden als in einer reinen Matrix-Einschluss-Topologie. Dies ist eine direkte Folge der endlichen thermischen Grenzflächenleitfähigkeit zwischen Matrix und Teilchen.