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185 W/(m.K),抗弯强度高于370 MPa,气密性可达10-11Pa.m3.s-1,各项指标均可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。     

高SiCp或高Si含量电子封装材料研究进展

高体积分数的SiCp/Al复合材料和高Si含量Al-Si合金具有高导热、膨胀系数可调、低密度等特性,成为理想的电子封装材料.结合笔者的研究成果,详细介绍了目前国内外该材料的制备工艺及应用情况,指出了各工艺方法在规模化商业生产中存在的不足,展望了未来研究及发展的方向.     

SiCp/Cu电子封装材料研究进展

详细介绍了SiCp/Cu电子封装材料的主要制备方法及应用情况,目前国内外SiC/Cu电子封装材料的主要制备方法有粉末冶金法、放电等离子烧结法、无压浸渗法、压力浸渗法和反应熔渗法,其中包覆粉末热压烧结法和压力浸渗法是目前研发应用较广泛的两种方法.分析了SiC与Cu之间的界面反应机理,并指明SiCp/Cu电子封装材料的制备要解决的主要问题就是在SiC与Cu之间设置界面阻挡层,进而详细阐述了SiCp/Cu电子封装材料主要界面改性方法及其调控效果,并指出目前应用最好的两种方法是物理气相沉积法和化学气相沉积法.     

高含量Si-Al电子封装复合材料的研究进展

随着微电子技术的高速发展,SiP/Al作为新型的电子封装材料受到了广泛的重视.根据近年来报道的有关资料,对SiP/Al电子封装复合材料的组织与性能、制备工艺及应用发展进行了综述,并指出了未来的研究方向.     

SiC陶瓷基片的烧结工艺与SiC_p/Al复合材料的制备方法

概述了电子封装基片材料的基本性能要求;讨论了SiC陶瓷基片常用的4种烧结工艺,即常压烧结、热压烧结、反应烧结和放电等离子烧结;介绍了SiCp/Al复合材料的制备方法,即搅拌铸造法、无压渗透法、喷射沉积法、粉末冶金法;据此进一步提出了SiC陶瓷基片材料的发展方向。     

SiCp/Al复合材料界面调控研究进展

SiCp/Al复合材料具备一系列优异的物理性能,是航空航天、电子封装、装备、核电、汽车、轨道交通等国家重大需求和国民经济装备制造所需的关键材料.但是,工业精密仪器关键零部件对SiCp/Al复合材料的性能要求相对较高,导致复合材料在诸多高端领域的应用受到了严重限制,因而提升SiCp/Al复合材料的整体性能是当前亟需解决的重要难题.对于给定的增强体与基体,界面相具有的微观结构和物化性质是影响SiCp/Al复合材料性能的决定因素.然而,界面相在形成过程中通常会出现润湿性差、结构缺陷多以及生成不良界面产物等问题,对SiCp/Al复合材料的性能产生了严重的负面影响.因此,有效实现界面的可控设计成为提升复合材料性能的关键.根据近几年关于SiCp/Al复合材料界面调控的研究工作来看,增强体颗粒表面改性在抑制增强体与基体之间的相互扩散以及减缓化学反应速率等方面发挥着重要作用,而表面改性处理的方式通常包括酸洗、高温氧化和添加涂层等.在基体中添加合金元素能够有效降低铝液的表面张力,改善SiCp/Al复合材料界面相的润湿性,同时可抑制不良界面反应的发生.目前合金化处理添加的元素通常包括Mg、Si、Cr、Ti、Fe等.在SiCp/Al复合材料的制备过程中,烧结温度、保温时间、冷却速率、成型压力、球磨时间以及烧结气氛等成型工艺参数均会影响界面的反应程度,因而对成型工艺的优化改进同样能够有效调控复合材料的界面信息,以实现对SiCp/Al复合材料性能的提升.本文结合SiCp/Al复合材料界面相具有的微观结构和物化性质,从增强体颗粒表面改性、基体合金化和成型工艺优化改进三个角度综述了SiCp/Al复合材料界面调控的研究现状,并对其未来发展的整体趋势进行了展望.     

填料在环氧树脂基封装材料中的研究近况

简述了国内外环氧树脂封装料中所用TiO2、MgO、Al(OH)3、CaCO3、BN、BeO等填料的特点,包括填料的形状、颗粒大小、密度以及特殊性能.根据封装材料不同发展阶段的要求,重点叙述了SiO2、Al2O3、AlN等3种粉体作为填料及其所制备的封装材料各自的优势.结合国内外研究现状,指出了环氧树脂电子封装材料用填料应朝着纳米化、功能化、低膨胀系数、绿色化、低成本化的方向发展.     

电子封装材料的研究进展

在当今信息时代，随着便携式计算机、移动通信以及军事电子技术的迅速发展，对集成电路（IC）的需求量急剧攀升，微电子封装技术也迎来了它的高速发展期。微电子封装技术经历了双列直插式封装（DIP）、周边有引线的表面安装式封装和面阵式封装三个发展阶段。在新世纪中，以IC产业为代表的微电子工业的发展，为电子封装行业创造了无限的发展机遇。     

放电等离子烧结制备高导热SiC_P/Al电子封装材料

为了满足电子封装材料越来越高的性能要求,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了SiCP/Al复合材料。研究了烧结温度和保温时间等工艺条件对SiCP/Al复合材料组织形貌和性能的影响。结果表明:采用SPS烧结,温度为700℃、保温时间为5 min时,所制备的70 vol%SiCP/Al复合材料热导率达到195.5 W(m.K)-1,与传统15%W-Cu合金相当,是Kovar合金的10倍,但密度小,仅为3.0 g.cm-3;其热膨胀系数为6.8×10-6K-1,与基板材料热膨胀系数接近;抗弯强度为410 MPa,抗拉强度为190 MPa,达到了电子封装材料对热学性能和力学性能的要求。     

电子封装材料的研究现状及进展

根据电子及封装技术的快速发展特点,通过比较几种传统的电子封装材料的优劣,以金属基复合材料为重点,阐述了三明治复合板KCK(Kovar/Cu/Kovar)的制作及性能,并展望了电子封装材料的发展方向及前景.     

Corrosion Behavior and Protection Efficiency of 2024Al and SiCp／2024Al Metal Matrix Composite

The corrosion resistance of 2024 Al and SiC particle reinforced 2024 Al metal matrix composite(SiCp/2024Al MMC) in 3.5% NaCl solution was investigated with electrochemical method and immersion test, and the corrosion protection of sulfuric acid anodized coatings on both materials was evaluated by electrochemical impedance spectroscopy.The results showed that the SiCp/2024AlMMC is more susceptible to corrosion than its matrix alloy in 3.5% NaCl.For 2024Al,the anodized coating provides excellent corrosion resistance to 3.5%NaCl.The anodized coating on the SiCp/2024Al provides satisfactory corrosion protection,but it is not as effective as that for 2024Al because the structure of the anodized layer is affected by the SiC particulates.     

The Role of Particles in Fatigue Crack Propagation of Aluminum Matrix Composites and Casting Aluminum Alloys

Fatigue crack propagation （FCP） behaviors were studied to understand the role of SiC particles in 10 wt pct SiCp/A2024 composites and Si particles in casting aluminum alloy A356. The results show that a few particles appeared on the fracture surfaces in SiCp/Al composites even at high △K region, which indicates that cracks propagated predominantly within the matrix avoiding SiC particles due to the high strength of the particles and the strong particle/matrix interface. In casting aluminum alloy, Si particle debonding was more prominent.Compared with SiCp/Al composite, the casting aluminum alloy exhibited lower FCP rates, but had a slight steeper slope in the Paris region. Crack deflection and branching were found to be more remarkable in the casting aluminum alloy than that in the SiCp/Al composites, which may be contributed to higher FCP resistance in casting aluminum alloy.     

无压浸渗法制备不同体积分数及梯度SiCp/Al复合材料

选用不同粒径大小的SiC颗粒,并通过对颗粒分布的有效控制,采用无压浸渗工艺制备了不同体积分数(15%～65%)的SiCp/Al复合材料,并在此基础上试制了梯度SiCp/Al复合材料.运用OM,XRD等手段对所制备的复合材料进行了显微组织观察与成分分析,并对选定体积分数的复合材料进行了密度以及力学测试.研究结果表明,无压浸渗工艺下不同体积分数的SiCp/Al复合材料组织均匀、致密,力学性能良好;具有梯度结构的SiCp/Al复合材料层间结合良好,没有层间剥离现象.     

On the Strength of Silicon Carbide Particulate Reinforced Aluminium Alloy Matrix Composites

In the present study, the modified continuum model, quench strengthening and dislocation pile-up model was respectively used to estimate the yield strength of SiCp/AI composites. The experimental results showed that the modified shear lag model or quench strengthening model would underestimate the yield strength of SiCp/AI composites. However, the modified Hall-Petch correlation on the basis of the dislocation pile-up model, expressed as σcy = 244 + 371λ-1/2, fitted very well with the experimental data, which indicated that the strength increase of SiCp/AI composites might be due to the direct blocking of dislocation motion by the particulate-matrix interface. Namely, the dislocation pile-up is the most possible strengthening mechanism for SiCp/AI composites.     

SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的组织结构及性能

采用微弧氧化技术对SiC体积分数分别为17vol%和55vol%的两种SiCp/Al复合材料进行处理。分析了两种材料微弧氧化膜的组织、形貌、相组成,测定了膜层的粗糙度、显微硬度、结合力,考察了膜层的耐磨和耐蚀性。结果表明:SiC的含量对SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的表面形貌、粗糙度、相组成、结合力及摩擦磨损性能均有影响。17vol%SiCp/2009Al复合材料的微弧氧化膜较55vol%SiCp/6061Al复合材料更平整,微孔大小更均匀。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜的粗糙度(3.308 μm)比17vol%SiCp/2009Al复合材料(2.140 μm)大,表面熔融物堆积更多。两种材料的微弧氧化膜中均含有Al、Si、O、C、W等元素。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜中Mullite(SiO₂-Al₂O₃)相、α-Al₂O₃相、β-Al₂O₃相较多。17vol%SiCp/2009Al复合材料的微弧氧化膜的结合(38.55 N)较55vol%SiCp/6061Al(11.5 N)复合材料好。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜摩擦系数较大,磨损较严重。微弧氧化处理能有效改善两种SiCp/Al复合材料的耐蚀性。      

Sn3.0Ag0.5Cu3.0Bi钎料对化学镀镍SiCp/6063Al复合材料真空钎焊接头组织和性能的影响

采用Sn3.0Ag0.5Cu3.0Bi软钎料对镀镍后的两种不同体积比SiC_p/6063Al复合材料进行真空钎焊。通过SEM、剪切试验等方法分析了化学镀镍后SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊接头的显微组织以及保温时间对接头性能的影响。结果表明:两种不同体积比SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊后的焊缝组织致密,钎料对镀镍复合材料的润湿性良好;在270℃、保温35min的钎焊工艺下,钎焊接头的剪切强度最大值为38.3 MPa;钎料中的Sn、Cu元素能够与复合材料表面的Ni层发生化学反应,实现钎料与母材的冶金结合;镀镍后SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊接头断裂形式为韧性断裂为主的混合断裂,断裂主要发生在钎料内部,部分发生在镀镍层与钎料的结合处。     

TiB2／Al自润滑复合材料在动压马达零件上的应用研究

复合材料组织致密，颗粒分布均匀．与基体结合紧密．具有较高的弹性模量和抗弯强度。室温下与GCr15轴承钢对磨时其摩擦系数在0．2左右．自磨时摩擦系数在0．08左右．摩擦表面没有明显的粘着或犁削痕连．磨损率明显低于SiCr／Al复合材料和GT35合金．呈现出较好的自润滑性能。     

SiCp/Al复合材料搅拌铸造新型搅拌器流场及工艺研究

SiCp/Al复合材料搅拌铸造法虽然具有制备成本低、近终成型的优点,但是实现SiC颗粒在铝合金熔体的均匀分散难度很大,这与搅拌器结构及搅拌工艺有直接关系。采用数值模拟和实验相结合的方法开展了新型桨栅复合搅拌器设计及其工艺研究,比较了桨栅复合搅拌器与单一搅拌器的流场结构和速度场分布,并在此基础上进行了搅拌铸造工艺研究。结果表明:(1)桨栅复合搅拌器能够较好地实现复合材料大体积熔体的均匀搅拌和高速剪切,复合搅拌器内熔体的流场为较好的轴向和径向循环,液面更为平稳,搅拌转速500r/min时熔体最大速度为3.9m/s,流场结构和剪切速度均优于单一形式搅拌器;(2)用桨栅复合搅拌器进行20%(质量分数)SiCp/A357复合材料搅拌铸造工艺实验,在搅拌温度610℃、搅拌转速500r/min、搅拌时间20min的工艺条件下,SiC颗粒分布均匀且无气孔缺陷。     

A Simple Model to Estimate the Yield Strength of Silicon Carbide Particulate Reinforced Aluminium Alloy Matrix Composites

In the present study, a modified Hall-Petch correlation on the basis of dislocation pile-up model was used to estimate the yield strength of SiCp/AI composites. The experimental results show that the modified Hall-Petch correlation expressed as σcy=244+371λ-1/2 fits very well with the experimental data, which indicated that the strength increase of SiCp/AI composites might be due to the direct blocking of dislocation motion by the particulate-matrix interface, namely, the dislocation pile-up is the most possible strengthening mechanism for SiCp/AI composites.     

The melt structures above the liquidus in SiCp/Al composite

The properties and the structures of liquid melt above the liquidus play an important role in determining the resultant properties of the alloy and the composite. In this paper, the melt structures of SiCp/Al composites with two different reinforcement volume fractions were investigated using liquid metal X-ray diffraction and differential scanning calorimetry. The experimental results showed that the melt structures of SiCp/Al composite are different from that of liquid matrix alloy, a Si–Si hump in the pair radial distribution function in SiCp/Al composite melt and the DSC trace indicated that Si is not well distributed above the liquidus, the size change of short-range-order (SRO) in SiCp/Al composite melt indicated the diffusion of Si from chemical reaction between SiC and molten Al is possible only after a given temperature or after some extent concentration fluctuation of Si. The mechanisms for the observed phenomenon are also discussed in this paper.