Study on fracture behavior of SiCp/A356 composites

The fracture behavior of SiCp/A356 composite at room and high temperatures was studied.Under tensile stress condition at room temperature, the fracture is mostly a combination of the brittle fracture of SiC particles and ductile fracture of A356 matrix.As the tensile temperature increases, the composite changes the main fracture behavior to the separation fracture of the bonding surface between SiC particles and A356 matrix.When the tensile temperature reaches 573 K, the fracture behavior of the composites is almost the whole separation fracture of the bonding surface, which is the main strengthening mechanism at high temperature.Under the cycle stress condition at room and high temperatures, the main fracture behavior of the composites is always a combination of the brittle fracture of SiC particles and ductile fracture of A356 matrix.However, under the cycle stress at high temperature, cycle behavior of the composites changes from cycle hardening at room temperature to the cycle softening at high temperature.     

SiCp/A356复合材料的摩擦磨损性能

以Al₂O₃ 陶瓷球为对偶材料,借助UMT-2型摩擦磨损试验机研究了温度、载荷和转速对铸态SiC_p/A356复合材料干滑动摩擦磨损特性的影响,并利用扫描电镜和奥林巴斯激光共焦扫描显微镜观察分析其磨损行为。结果表明,载荷和转速一定时,随温度的升高,材料的摩擦稳定性和耐磨性能急剧下降,磨损机理也由剥落磨损转变为严重的粘着磨损。磨损过程中,载荷和转速引起材料摩擦表面温度变化,以及材料中SiC颗粒的影响,使得材料的磨损率随载荷增加而增加,摩擦系数则随载荷先增加后减小。随温度、载荷和转速增加,复合材料的摩擦稳定性和耐磨性都大幅度下降。     

液固分离法近净成形SiC_p/Al电子封装壳体的组织和性能(英文)

采用液固分离工艺制备高SiC体积分数Al基电子封装壳体(54%SiC,体积分数),借助光学显微镜和扫描电镜分析壳体复合材料中SiC的形态分布及其断口形貌,并测定其物理性能和力学性能。结果表明:SiCp/Al壳体复合材料中Al基体相互连接构成网状,SiC颗粒均匀镶嵌分布于Al基体中。复合材料的密度为2.93 g/cm3,致密度为98.7%,热导率为175 W/(m·K),热膨胀系数为10.3×10-6K-1(25~400°C),抗压强度为496 MPa,抗弯强度为404.5 MPa。复合材料的主要断裂方式为SiC颗粒的脆性断裂同时伴随着Al基体的韧性断裂,其热导率高于Si/Al合金的,热膨胀系数与芯片材料的相匹配。     

Semisolid forging electronic packaging shell with silicon carbon-reinforced copper composites

To fabricate electronic packaging shell of copper-matrix composite with characteristics of high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient, semisolid forming technology, and powder metallurgy was combined. Conventional mechanical mixing of Cu and SiC could have insufficient wettability, and a new method of semisolid processing was introduced for billets preparation. The SiC/Cu composites were first prepared by PM, and then, semisolid reheating was performed for the successive semisolid forging. Composite billets with SiC 35% volume fraction were compacted and sintered pressurelessly, microstructure analysis showed that the composites prepared by PM had high density, and the combination between SiC particles and Cu-alloy was good. Semisolid reheating was the crucial factor in determining the microstructure and thixotropic property of the billet. An optimised reheating strategy was proposed: temperature 1,025 °C and holding time 5 min.     

Infiltration kinetics of pressureless infiltration in SiCp／Al composites

The pressureless infiltration kinetics was investigated by plotting the infiltration distance as function of the infiltration time. The effects of key process parameters such as time, temperature, Mg content on the pressureless infiltration of silicon carbide particle compacts were studied and quantified. The preform with high volume fraction SiC was obtained by mixing SiC particles with bimodal size distribution, whose diameters are 5 and 50 btm, respectively. The results show that an incubation period exists before infiltration, the influence of temperature on the incubation time exceeds that of Mg content, infiltration rate increases with the increasing temperature and Mg content, infiltration rate decreases as Mg consumes. A model of macroscopical infiltration and microscopical infiltration of liquid alloy in porous SiC preform was proposed.     

A356-5SiCp和A356吸铸温度变化的对比分析

对体积分数为5％的SiC颗粒增强的A356复合材料和A356合金分别进行吸铸试验,测量熔体充型与凝固过程中铸件和铸型的温度,讨论了SiCp/A356复合材料与A356合金的铸件和铸型的温度变化规律.结果表明,SiCp的加入使SiCp/A356复合材料凝固前温度下降速度增大,凝固后的温度下降速度减小;同时由于潜热不同,SiCp/A356复合材料结晶温度低于A356合金.     

SiCp/A356复合材料高温干滑动摩擦磨损特性研究

借助UMT-2型摩擦磨损试验机详细研究了转速对 SiCp/A356复合材料干滑动摩擦磨损特性的影响,并用SEM、EDS和奥林巴斯激光共焦扫描显微镜观察并分析了其高温摩擦磨损行为。结果表明：铸态材料的磨损率增加幅度和摩擦系数曲线波动较大;T6态材料的磨损率增加幅度和摩擦系数曲线波动较小,表现出优异的摩擦性能。铸态材料的磨损机理主要由低转速时的氧化磨损和剥离磨损转变为高转速时的粘着磨损,而T6态材料主要由低转速时的氧化磨损转变为高转速时的剥离磨损和磨粒磨损。高转速区时,铸态材料的磨损断面中出现裂纹,而T6态材料只是存在简单的磨削痕迹和颗粒脱落现象,热处理后复合材料的高温耐磨性能明显提高。     

具有双层结构的电子封装用可激光焊接Si_p-SiC_p/Al混杂复合材料(英文)

结合预制件一次性模压成型和真空气压浸渗技术制备具有双层结构的高体积分数(60%~65%)、可激光焊接Sip-SiCp/Al混杂复合材料。该复合材料的组织结构均匀、致密,增强相颗粒均匀地分布在复合材料中,Sip/Al-SiCp/Al界面均匀、连续、结合紧密。性能测试表明,Sip-SiCp/Al混杂复合材料具有密度低(2.96 g/cm3)、热导率高(194 W/(mK))、热膨胀系数小(7.0×10-6K-1)、气密性好(1.0×10-3(Pacm3)/s)等优异特性。焊接试验表明,Sip-SiCp/Al混杂复合材料具有良好的激光焊接特性,其焊缝平整、致密,微观组织均匀,没有生成明显的气孔和脆性相Al4C3。同时,Sip-SiCp/Al混杂复合材料激光封焊后优异的气密性(4.8×10-2(Pacm3)/s)能够满足现代电子封装行业对气密性的严格要求。     

喷射沉积7075/SiCp铝基复合材料挤压变形的数值模拟

采用Deform-2D有限元软件对喷射沉积7075／SiCp铝基复合材料挤压变形进行数值模拟。模拟采用的挤压变形条件为：挤压比4-100，锭坯预热温度300-450℃，挤压杆速度2-20mm／s。结果表明：在挤压变形区内应力及温度变化剧烈，且在模子入口处均出现最大值；挤压比和挤压速度越大，应力越大，温度效应也越显著。喷射沉积7075／SiCp铝基复合材料最佳挤压条件为：锭坯预热温度350-400℃、挤压比16-50、挤压杆速度5～15mm／s。数值模拟结果和工艺实验测量值吻合较好。     

含高体积分数SiCp的铝基复合材料制备与性能

以电子封装为应用对象, 通过合理选择一定粒径分布的SiC颗粒, 采用挤压铸造方法制备了SiC颗粒体积分数分别为50%, 60%和70%的3种SiCp/Al复合材料. 材料组织致密, 颗粒分布均匀. 复合材料的平均线热膨胀系数(20～100 ℃)随SiC含量的增加而降低, 在8.3×10-6～10.8×10-6/℃之间, 与Kerner模型预测值相符. 复合材料比强度和比刚度高, 均可以满足电子封装应用的技术要求.     

T6态SiCp/A356高温干滑动摩擦磨损特性研究

采用T6态的SiCp/A356复合材料,以Al2O3陶瓷球作为对磨材料,借助UMT-2摩擦磨损实验机详细研究了复合材料的高温摩擦磨损性能,并采用SEM、OLS4000等手段分析材料的高温摩擦磨损特性。结果表明:T6态的SiCp/A356复合材料的磨损率随着温度的增加而增加。当温度低于150℃时,磨损率随温度缓慢增加;继续升高温度,磨损率进入稳定阶段,稳定磨损率为3.18×10-5 mg·cm-1;当温度达到250℃时,磨损率呈线性上升。摩擦系数则随温度在0.40~0.45很小范围内波动,表现出优异的高温摩擦性能。同时,磨损机制由氧化磨损、磨粒磨损和疲劳磨损转变为严重的粘着磨损。     

混杂2D-C/Al电子封装复合材料的设计与制备

设计了混杂C/SiCp 预制型中碳化硅颗粒的尺寸及体积分数 ,并用低压浸渗技术制备了非润湿体系混杂2D C/Al电子封装复合材料。理论计算表明 :加入 0 .5%～ 2 % (体积分数 ,下同 )、尺寸 3～ 5μm的SiCp 可实现调节纤维体积分数范围为 30 %～ 60 % ,加入体积分数 1 0 %、尺寸 1 5μm的SiCp 可将纤维体积分数调小到 1 0 %。控制预制型中SiCp 的分布可获得纤维分布均匀的混杂 2D C/Al复合材料。低压浸渗法制备混杂 2D C/Al复合材料的热物理和拉伸性能优于高压法。     

TiB_2/A356导流叶轮熔模铸造及其数值模拟

研究了体积分数为10%的Ti B2/A356复合材料的力学性能随温度变化的关系,并利用商用软件Pro CAST对导流叶轮熔模铸造应力场进行数值模拟。模拟结果表明,叶轮叶片厚薄不均的结构特点,使其两端产生铸造应力,形成裂纹缺陷。通过提高型壳预热温度,可明显降低叶片两端在冷却末期的有效应力。实际浇注情况与模拟结果吻合较好,验证了工艺改进方案的合理性,证明了熔模铸造过程数值模拟的可靠性。     

SiCp/Al复合材料磨削加工去除机理的有限元分析

本文建立了SiCp/Al复合材料的二维实体模型,基于压痕断裂力学的方法,研究了压痕深度的变化对SiCp/Al复合材料磨削加工去除机理的影响。结果表明:随着压痕深度的增加,压头下方SiC颗粒的第一主应力逐渐变大,Al基体的von Mises等效应力也逐渐变大。当压痕深度大于等于0.15μm时,压头下方会形成塑形变形区;压痕深度大于等于0.292μm时,SiC颗粒会由于拉应力的作用而产生径向裂纹;当压痕深度超过0.34μm时,Al基体由于局部被压溃而影响SiCp/Al复合材料延性去除机理。     

SiCp/Al复合材料化学镀镍耐蚀性研究

利用交流阻抗技术和极化曲线,研究了SiCp/Al复合材料基体上高磷(w(P)=10.698%)和中磷(w(P)=6.056%)两种化学镀镍层在w(NaCl)=3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为,并通过扫描电子显微镜观察了镀层的腐蚀形貌。结果表明,在w(NaCl)=3.5%NaCl溶液中,以饱和甘汞电极为参比电极,高磷镀层自腐蚀电位为-0.641 V,电荷转移电阻为12.49Ω;中磷镀层自腐蚀电位为-0.879 V,电荷转移电阻为8.11Ω;高磷镀层的耐蚀性优于中磷镀层;两种镀层发生了不同程度的孔蚀。结合正交试验结果及有关文献,确定了SiCp/Al复合材料高磷化学镀镍工艺,并提出了改善镀层耐蚀性的几种途径。     

热处理工艺对A356/SiCp性能及干滑动摩擦磨损特性的影响

研究分析热处理工艺对A356/SICp复合材料的硬度、导电率及微观组织的影响,在此基础上研究复合材料的干滑动摩擦磨损特性.结果表明:固溶和T6热处理可显著提高复合材料的硬度,但降低导电率,而低温退火却比较显著地提高导电率;导电率高的低温退火态磨损特性基本与铸态一致,固溶处理及时效处理虽可有效提高硬度,但不提高耐磨性能,这表明T6热处理是否作为制动盘材料时的最佳热处理工艺,有待进一步研究;复合材料的磨损率随载荷的增加而增加,但低载荷时增加缓慢,高载荷时增加迅速;摩擦因数随着热处理工艺而变化,但对载荷变化不敏感,都在较小的范围内波动,基本是稳定的.     

电子封装用Al/Si/SiC复合材料的显微组织与性能(英文)

采用气压浸渗法制备中体积分数电子封装用 Al/Si/SiC 复合材料。在保证加工性能的前提下,用与 Si 颗粒相同尺寸(13 μm)的 SiC 替代相同体积分数的硅颗粒制得复合材料,并研究其显微组织与性能。结果显示,颗粒分布均匀,未发现明显的孔洞。随着 SiC 的加入,强度和热导率将得到明显提高,但热膨胀系数变化较小,对使用影响也不大。讨论几种用于预测材料热学性能的模型。新的当量有效热导被引入后,H-J 模型将适用于混杂和多颗粒尺寸分布的情况。     

压渗SiCp／Al电子封装复合材料的研究

采用压渗的方法制取了ＳｉＣ体积分数基本相同、而颗粒大小不同的ＳｉＣｐ／Ａｌ电子装封复合材料。测定热膨胀系数表明，在ＳｉＣ体积分数基本相同时，ＳｉＣ颗粒的大小对ＳｉＣ／Ａｌ复合材料的热膨胀系数影响很大。颗粒和基体界面面积的大小直接影响热应力的大小，从而影响基体的弹塑性行为。     

金刚石/铜复合材料在电子封装材料领域的研究进展

金刚石/铜复合材料作为新型电子封装材料受到了广泛的关注。综述了金刚石/铜复合材料作为电子封装材料的国内外研究现状,介绍了金刚石/铜复合材料的制备工艺,并从材料科学的原理综述了该复合材料主要性能指标（热导率）的影响因素,同时对金刚石/铜复合材料的界面问题进行了分析,最后对金刚石/铜复合材料的未来应用进行了展望。