高体积分数SiCP/Al金属基复合材料的压渗铸造工艺及热物理性能

本文使用压渗铸造工艺制备含高体积分数SiC颗粒的SiCp/Al复合材料,测试其热导率和热膨胀系数.通过球磨研磨和挤压成型控制SiC颗粒大小和无机粘合剂含量,制备出SiC颗粒体积含量为50%～70%的SiC毛坯.优化工艺参数可在SiC毛坯中完全渗透熔融Al液.从体积含量为50%～70%的SiCp/Al复合材料的显微组织可知,气孔偏聚于SiC颗粒和Al基体的分界面上,所测的热膨胀系数和热导率与估算值相符合.在SiC颗粒体积分数高于50%～70%时,由于在分界面上存在残余气孔,所测值比估算值小.通过调控工艺参数,高体积分数的SiCp/Al复合材料在先进电子仪器组件上是替代热沉材料的不错选择.     

反应涂层SiCp/6013Al复合材料的热学性能

为制备高SiC含量的SiCp/60 13Al复合材料 ,把 (SiC Ti)的混合粉末压坯浸入熔化的铝液中 ,通过反应引发自蔓延反应。反应产物在SiC颗粒表面原位形成涂层 ,改善了SiCp/60 13Al界面的润湿性。SiC颗粒在 80 0℃自重沉降 3 0min ,除去上面部分铝液 ,可制备高SiC含量的复合材料。研究了自蔓延反应机理及复合材料的热膨胀系数、导热系数及其与自蔓延反应之间的关系。并与用离心渗铸法制备的同种材料作比较 ,发现自蔓延反应对材料的热膨胀系数影响不大 ,但由于SiC颗粒表面的反应物涂层热阻较大 ,剧烈的自蔓延反应会损害材料的导热性能。如果反应程度控制适当 ,可以制备低膨胀、高导热的SiCp/60 13Al复合材料     

Al/SiCp复合材料的断裂行为

采用粉末冶金和喷射沉积方法制备了Al及Al／SiCp复合材料，测试了材料的力学性能，利用金相显微镜和扫描电镜观察了材料的断裂行为。结果表明，Al／SiCp复合材料的强度比基体材料的高，但塑性低。粉末冶金方法制备的Al／SiCp复合材料与喷射沉积方法制备的比较，前者组织更致密，强度更高，塑性更好，断裂是SiC颗粒开裂，裂纹的传递主要沿颗粒中形成的裂纹扩展；后者断裂主要表现为SiC颗粒从基体中拔出，裂纹的传递大多是SiC颗粒周围形成的裂纹在基体中扩展。     

55%SiCp/A356Al复合材料电阻点焊接头微观组织及性能

采用电阻点焊方法对55% SiCp/A356Al复合材料进行焊接，焊接方案设计为试样无夹层直接焊接和中间夹铝箔焊接。对不同方案下获得的点焊接头微观组织、抗剪强度、显微硬度、熔核直径及界面反应情况进行了分析和比较；建立了高体积分数55% SiCp/A356Al复合材料界面连接模型，讨论了接头强度与界面模型的联系。结果表明，在优化的工艺参数下，接头成形良好，无明显缺陷，点焊接头熔核区SiC颗粒分布均匀，未出现界面反应；试样中间夹铝箔焊接后，界面仅发生强连接和亚弱连接反应，接头强度提高，平均抗剪力2 165.6 N，平均熔核直径9.5 mm，显微硬度与微观组织分布相符合，并且与母材硬度无明显差异。     

SiCP／Al复合材料的显微结构分析

采用粉末冶金＋热挤压工艺制备SiCp/Al复合材料，测定其力学性能。利用X射线衍射分析复合材料物相的组成，用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析其微观组织结构。结果表明，SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀，SiC颗粒与基体结合良好；基体主要是α-Al，强化相β-Mg2Si和弥散相（Fe，Mn，Cu）3Si2Al15（体心立方结构，晶格常数1．28nm）；SiCp／Al界面则为Al和Mg元素扩散到SiC表面的SiO2层形成的20nm-30nm无定形层；复合材料的断裂机制主要是SiC颗粒断裂和SiCp／Al界面塑性撕裂：复合材料在变形过程中，SiC颗粒可阻止裂纹的扩展。     

SiC_p/Al基复合材料的铝浴自蔓延反应制备及其热学性能

将SiC和Ti的混合粉末压坯浸入铝液中 ,引发SiC和Ti的自蔓延反应 ,制备了低膨胀、高导热和高含量SiCp/Al基复合材料。自蔓延反应产物Ti5Si3和TiC在SiC颗粒表面原位形成涂层 ,改善了SiCp/Al界面的润湿性。SiC颗粒自重沉降 ,可形成高SiC含量的复合材料。考察了复合材料的热膨胀系数、导热系数及其与自蔓延反应之间的关系。结果表明 ,自蔓延反应对材料的热膨胀系数影响不大 ,但剧烈的自蔓延反应会损害材料的导热性能 ,如果适当控制反应程度 ,可以制备低膨胀、高导热的SiCp/Al基复合材料。     

SiC_p/Al电子封装材料与陶瓷元件浸渗连接机理研究

分别将陶瓷元件嵌入凝胶注模成型后的SiC预制型中,再采用气压浸渗T艺制备高体积分数SiCp/Al复合材料的同时,实现了复合材料与元件的原位连接.采用SEM、EDS和XRD等分析了连接界面的显微组织及界面反应,结果表明:SiCp/AI与元件间的界面反应产物由MgAl204和Mg3Al2(SiO4)3等组成,界面反应层厚度约2～3μm,产物生成量主要由Al合金中的Mg、元件中SiO2含量等因素决定;SiCp/Al复合材料与Al2O3元件通过气压浸渗可以实现有效的反应连接.     

煅烧温度对高体积分数SiC_p/Al复合材料性能的影响

以F220、F500、F600这3种粒度的磨料级绿SiC混合粉为原料制成预制件,然后将其分别在500、1 100和1 200℃煅烧后无压熔渗液态铝合金制备SiC体积分数为62%~64%的铝基复合材料SiCp/Al;研究预制件煅烧温度对SiCp/Al复合材料结构和性能的影响。结果表明:不同温度下煅烧的SiC预制件渗铝后,都能获得结构均匀致密的复合材料;高温煅烧使SiC颗粒氧化形成骨架,导致强度从305 MPa降至285~245 MPa;SiC颗粒表面氧化转变成的SiO2薄膜增加复合材料中的陶瓷含量,使复合材料的热膨胀系数进一步降低;当SiC预制件中SiO2薄膜质量分数达到3.7%~6.7%时,SiCp/Al复合材料界面热阻增大4~6倍,复合材料热导率从184 W/(m.℃)降至139~127 W/(m.℃)。     

SiCp／Mg-6Al-0．5Mn复合材料的组织与力学性能

采用压力浸渗制备了体积分数为51.5%的SiCp/Mg-6Al-0.5Mn镁基复合材料.通过力学性能测试与组织观察,研究了高体积分数SiC颗粒增强体对基体合金的显微组织与力学性能的影响.结果显示,在Mg-6Al-0.5Mn基体合金中加入体积分数为51.5%的SiC颗粒后,复合材料的压缩性能得到了大幅度的提高,室温下的抗压缩强度从329.5 MPa增大到624.8 MPa.SiCp/Mg-6Al-0.5Mn复合材料的组织致密,分布均匀,其断裂方式包括界面脱开、基体韧断和增强体开裂.SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Mg2Si化合物.     

SiC颗粒增强铝基复合材料钎焊技术研究

采用Al-28Cu-5Si-2Mg钎料，对SiCp／2024Al复合材料进行真空钎焊连接。试验结果表明：钎焊温度、保温时间、SiC颗粒的体积分数以及焊后时效处理均会影响SiCp／2024Al复合材料钎焊接头的连接强度；钎缝中有少量SiC颗粒存在，且分布不均匀；在靠近母材处出现贫化区，在钎缝中心两侧有较小的集聚区。提高液态钎料对SiC的润湿性，降低连接区的弱连接比例，减少过渡到钎缝的SiC颗粒，都是改善钎焊连接强度的重要途径。     

含高体积分数SiC_p的Al复合材料微观组织及弯曲性能

利用无压浸渗法制备高体积分数SiC的SiC_p/Al复合材料.采用XRD和SEM对复合材料的相组成、微观组织及断口形貌进行分析,研究颗粒粒径分布和基体合金成分对复合材料抗弯性能的影响.结果表明:以Al-10Si-8Mg(质量分数,%)合金为基体制备的复合材料组织均匀,致密度好,无明显气孔缺陷;界面反应产物为Mg2Si、MgAl_2O_4和Fe,其弯曲强度高于以Al-10Si合金为基体制备的复合材料的弯曲强度;SiC_p/Al复合材料的弯曲强度随着SiC颗粒粒径的增大而减小;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征.     

高阻尼AA6061/SiCp/石墨复合材料的制备与性能

介绍采用粉末冶金法制备ＡＡ６０６１／ＳｉＣｐ／石墨混杂金属基复合材料的工艺过程,并对复合材料的力学和阻尼性能进行了初步探讨。粉末冶金法制备的ＡＡ６０６１／ＳｉＣｐ／石墨混杂金属基复合材料中增强增阻颗粒分布均匀,其体积分数可精确控制,加之制备温度低,可避免有害的界面反应。ＳｉＣ颗粒作为增强剂能够增加复合材料的刚度和强度,而石墨颗粒为增阻剂可以提高复合材料的阻尼特性。试验结果表明,能够应用粉末冶金法制     

SiCp/Al合金复合材料时效强化的综合模型

以颗粒强化和时效强化理论为基础，结合铝合金时效动力学研究了SiCp／Al合金复合材料中增强体尺寸、体积分数以及时效制度对屈服强度的影响．分析不同时效制度下复合材料屈服强度与时效参数的关系，建立了一个SiCp／Al合金复合材料的时效强化综合模型，利用该模型可以预测复合材料屈服强度随增强体体积分数和尺寸以及时效时间的变化规律，将模型应用于SiC颗粒增强2XXX铝合金复合材料，结果显示模型预测值与实验数据吻合很好．     

高体分比SiCp／Al复合材料的近净成形技术

高体积分数SiCp／Al复合材料具有优异的热物理性能,且密度较低,是非常理想的电子封装材料。但是由于其本身高的脆性和硬度,使得该材料很难通过二次机械加工成所需要的形状,严重制约了该材料的应用：采用粉末注射成形-无压熔渗工艺成功实现了高体积分数SiCp／Al复合材料的近净成形：采用该工艺所制备的复合材料的致密度高于99％,可实现热膨胀系数在（5—7）×10^-6K^-1范围内进行调节,材料的热导率高于185W／（m·K）,抗弯强度高于370MPa,气密性可达10^-11Pa·m^3·s^-1,各项指标均叮以满足电子封装对材料的性能要求,另外为了实现SiCp／Al复合材料与其他材料的封接,项目成功开发了一种Al—Si—Cu系焊料,封接后器件的各项性能指标尤其是气密性也均能满足使用要求。     

EFFECT OF PARTICULATE SIZE AND CONTENT ON STRENGTH OF SiC_p／2024Al COMPOSITE AND ITS RELATIONSHIP WITH T6－TREATMENT

ＥＦＦＥＣＴＯＦＰＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥＳＩＺＥＡＮＤＣＯＮＴＥＮＴＯＮＳＴＲＥＮＧＴＨＯＦＳｉＣ_ｐ／２０２４ＡｌＣＯＭＰＯＳＩＴＥＡＮＤＩＴＳＲＥＬＡＴＩＯＮＳＨＩＰＷＩＴＨＴ６－ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ￥Ｍａ，Ｚｏｎｇｙｉ；Ｌｉａｎｇ，Ｙａｎａｎ；Ｌｕ?..     

Effect of SiC volume fraction on the age-hardening behavior in SiC particulate-reinforced 6061 aluminum alloy composites

The age-hardening behavior in the SiC particulate-reinforced 6061 aluminum alloy composites (SiCp/6061 Al alloy composites) was investigated using hardness measurement, calorimetric technique and transmission electron microscopy. The aging time for the peak hardness in 10%SiCp/6061 Al and 20%SiCp/6061 Al alloy composites was shorter than that of the unreinforced 6061 Al alloy, and the age-hardening was most accelerated in the 20%SiCp/6061 Al alloy composite. It is induced from the high density of dislocations in SiCp/6061 Al alloy composites which act as heterogeneous nucleation sites of precipitates and as a high diffusivity path of alloy elements. The precipitation sequence and the aspect of precipitates in the 6061 Al alloy cannot be affected considerably by the presence of SiC particulate and the volume fraction of SiC particulate. The activation energies for the formation of the intermediate β' phase in the unreinforced 6061 Al alloy, 10%SiCp/6061 Al and 20%SiCp/6061 Al alloy composite were 142.6 kJ/mol, 127.3 kJ/mol, 106.1 kJ/mol, respectively.     

Hot Deformation Behavior of 6061 and 7108 Al-SiCp Composites

Hot deformation behavior of Al 6061- and Al 7108-SiC particulated composites (Al-PMMCs), prepared by stir casting with SiC particulates (SiCp) size of 8 and 15 μm and volume fraction from 0 to 20% is studied by uniaxial compression test carried out at temperature range from room temperature to 500 °C. The flow stress, work hardening behavior, and Young’s modulus are determined. Dynamic recrystallization is also studied. Work hardening and Young’s modulus are directly correlated with composite constituents, whereas the flow stress is greatly influenced by the porosity and SiCp agglomeration. The role of the SiCp in increasing the flow stress decreases by increasing the deformation temperature. The dynamic recrystallization process is stimulated by refining the SiCp and increasing their fraction in soft Al matrix. On the other hand, the PMMCs with Al6061 matrix has more potential for strain hardening than that with Al 7108 matrix. The strain hardening rate is influenced by the matrix type more than the SiCp volume fraction and size.     

不同体积分数SiCp/Al复合材料单颗磨粒划切仿真与试验研究

SiCp/Al复合材料由性能差异巨大的碳化硅颗粒与铝合金基体组成,切削过程复杂,影响加工质量因素多,材料仿真建模困难。本文提出了虑及颗粒随机分布特性、形状、粒径、体积分数等因素的SiCp/Al复合材料参数化建模方法,研究了不同体积分数SiCp/Al复合材料的去除过程、切削力、表面形貌及损伤等,并进行了试验验证。仿真分析与试验结果表明,参数化建模效果较好。SiCp/Al复合材料具有表面损伤严重、切削力大、基体涂覆掩盖表面缺陷、实际切削深度小等特点,不能单纯以表面粗糙度评价SiCp/Al复合材料的加工质量。粒径大、体积分数高的SiCp/Al切削力、比磨削能更低,表面质量更差,实际切削深度更小,铝合金涂覆现象更严重且覆盖层易脱落。SiC粒径对表面损伤、切削力、比磨削能有重要影响。本文可为SiCp/Al复合材料表面去除特点研究与工程应用提供一定的借鉴。     

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。