热压烧结AlN陶瓷

以自蔓延高温合成(SHS)的AlN粉体为原料,以Y203-B20O-CaF2和YF3-B-CaF2系为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备AIN陶瓷.结果表明,采用烧结助剂,在1750℃、压力为35 MPa、保温2 h的烧结条件下,可获得相对密度均98.8%、热导率为95W/(m·K)的AIN烧结体.通过对AlN试样断口的SEM分析可知AlN晶粒大多呈直接结合,晶界相较少,有少量气孔存在.对AlN陶瓷进行后续热处理可提高其热导率,这主要是由于后续热处理后AlN陶瓷的晶界比较干净、AlN晶粒间呈直接结合而晶界相呈孤岛状分布.     

两面顶技术超高压热压烧结AlN陶瓷的研究

利用两面顶压机实现了AlN陶瓷材料的超高压热压烧结,借助于XRD、SEM、热导仪、激光粒度分析等分析测试手段,系统地研究了工艺因素对AlN陶瓷的显微结构、性能的影响,获得了超高压热压烧结AlN陶瓷的较佳烧结工艺,并对超高压热压烧结的机理进行了分析、探讨.研究结果表明:Y2O3是有效的低温烧结助剂,烧结助剂的预处理有助于减弱晶界相的局部富集,是提高AlN陶瓷热导率的有效措施;在压力为5.15 GPa、温度为1 700 ℃、烧结周期为115 min的超高压热压烧结条件下,获得了显微结构致密均匀、晶粒形貌大小难以分辨、晶界不明显的AlN陶瓷,其热率导达到200 W/(m·K).     

AlN变质对Al-4Si-0.45Mg合金性能的影响

在亚共晶Al-4Si-0.45Mg合金中添加微量AlN,以改善合金的显微组织并提高其力学性能和导热性能。结果表明，未添加Sr和AlN的合金，其抗拉强度为167.3 MPa,伸长率为10%,热导率为149.5 W/(m·K);添加Sr后的抗拉强度为176.2 MPa,伸长率为20%,热导率为166.8 W/(m·K),抗拉强度和热导率分别提高了5.4%、11.6%;添加AlN后的合金抗拉强度为194.8 MPa,伸长率为16%,热导率为170.1 W/(m·K),抗拉强度和热导率分别提高了16.4%、13.8%。力学性能的提高主要与α-Al的晶粒细化、二次枝晶臂间距(SADS)的减小和Si的变质有关。加入Sr和AlN后，共晶Si由片状变成块状和球状，Sr变质后共晶Si的尺寸明显减少，且AlN变质后共晶Si的平均尺寸更小，说明热导率的提高主要与共晶Si相的形态变化有关。其机制为细小的Si使得电子通道增加，电子散射概率降低，平均自由程增加，从而提高了热导率。     

Sm2O3对放电等离子烧结AlN陶瓷致密化和导热性能的影响

针对AlN陶瓷难以烧结致密的特点,采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)技术,利用SPS过程中脉冲电流产生局部高温来加强扩散作用,促进颗粒间颈部接触点形成,并通过添加适量烧结助剂Sm2O3,在短时间内实现了AlN陶瓷的烧结致密化.重点研究了烧结助剂Sm2O3的加入量、烧结温度等工艺参数对AlN陶瓷致密化钩毯统潭鹊挠跋?研究发现Sm2O3的加入使AlN致密化过程提前,烧结温度降低;SPS制备的AlN陶瓷晶粒尺寸均匀一致,晶粒发育良好烧结过程中Sm2O3与AlN粉体表面的Al2O3膜层在晶界处形成Sm-Al-O化合物,该反应有效促进了AlN颗粒间的相互扩散和烧结体的致密,对于AlN晶格完整性的保留非常有利,使AlN烧结体获得了良好的导热性能,其热导率达到150W/(m·K).     

氧化铝陶瓷低温特性研究

研究了α-Al2O3含量分别为99%和92%的氧化铝陶瓷(以下分别简称99和92氧化铝陶瓷)在室温和低温下(293,195和77K)的力学和热学性能。结果表明:两种氧化铝陶瓷的抗弯强度变化规律相同且变化幅度都较小,说明玻璃相的存在并没有对氧化铝的低温强度造成显著影响;99氧化铝的断裂韧性随温度降低线性升高,而由于晶界玻璃相的存在,92氧化铝的断裂韧性在77K时有所降低。热学性能测试表明,两种氧化铝的热导率随温度的变化规律一致。99和92氧化铝在20K时的热导率分别为4.1和1.7W/(m·K),远远小于不锈钢的热导率14.7W/(m·K)。因此,如果采用氧化铝陶瓷替代不锈钢作为超导绝缘支撑材料可以大大降低系统的漏热,提高超导磁体的稳定性。     

Mn、Fe和Zr对Al8Si0.8Mg0.5Cu合金组织和性能的影响

通过电导率和拉伸性能测试,并结合金相显微镜和扫描电镜组织观察等分析测试手段,研究了合金元素Fe、Mn和Zr对高导热Al8Si0.8Mg0.5Cu合金的拉伸性能、热导率和微观组织的影响。结果表明,铸态合金中,当锰含量(质量分数,下同)由0.1%增加至0.3%时,粗大针状含Fe相减少而块状含Fe相增多,拉伸强度增加42.5 N/mm2,而热导率降低8 W/(m·K);当铁含量由0.1%增加至0.5%时,铸态合金中针状含Fe相的数量和尺寸明显增大,拉伸强度提高7.8 N/mm2,而热导率降低3 W/(m·K);加入0.1%Zr后,针状含Fe相的数量略有增加,拉伸强度降低18.8 N/mm2,而热导率降低7 W/(m·K)。当铸态合金在200℃4 h人工时效后,随锰含量增加,拉伸强度增加28.5N/mm2,而热导率降低了3 W/(m·K);随铁含量增加,拉伸强度提高11.9 N/mm2而热导率降低3 W/(m·K);加入0.1%Zr后,拉伸强度降低11.5 N/mm2而热导率降低了4 W/(m·K)。     

不同铸造方法对7075铝合金热导率及力学性能的影响

采用金属型铸造、液态挤压铸造和半固态挤压铸造方法制备了7075铝合金,研究了不同铸造工艺对7075铝合金热导率与力学性能的影响。结果表明,金属型铸造晶粒粗大,产生枝晶偏析降低塑韧性,抗拉强度及伸长率最小,分别为121 MPa和2.78%,但晶粒粗大使热量传导路径宽,对电子散射几率小,电子的平均自由程较长,热导率相对较高,达到了139.67W/(m·K);液态挤压铸造晶粒细化,抗拉强度和伸长率分别为239MPa和5.75%,但晶粒细小且枝晶臂较多,对电子散射程度大,热导率最低,为120.94W/(m·K);半固态挤压铸造的晶粒致密细小且圆整,抗拉强度及伸长率最高分别达到248MPa和7.46%,且热导率为126.07W/(m·K)。     

热处理对氮化铝化学镀铜组织性能的影响

目的优化化学镀铜氮化铝(AlN)基板的综合性能,掌握热处理对其镀层致密度、界面结合强度和热导率的作用机理,并对划痕膜层失效行为进行分析。方法采用化学镀铜法实现AlN陶瓷基板表面金属化,对其进行200~500℃热处理。利用X射线衍射仪、扫描电镜、激光导热仪,对Cu-AlN基板的物相结构、显微形貌、热学性能进行分析。采用划痕法对镀层结合力进行评价,并通过划痕形貌对膜层失效行为进行分析。结果未热处理的Cu-AlN基板表面存在鼓泡现象,结合强度为24.7 N,热导率为156.8 W/(m K)。热处理消除了Cu-AlN基板的鼓泡现象,300℃热处理的Cu-AlN基板综合性能优异,表面Cu颗粒分布均匀,结构较为致密,结合强度为32.6 N,热导率达163.8 W/(m K);当500℃热处理时,Cu-AlN基板表面存在氧化现象,形成CuO,结合强度急剧降低为18.5 N,热导率为161.2 W/(m K)。Cu-AlN基板的基膜失效方式为点剥离,随着载荷的增加,点剥离增多,膜层开裂,AlN逐渐裸露,Cu膜层磨损形貌宏观上表现为由塑性变形引起的犁沟磨损,芯部发生拉伸变形,边界呈现卷曲变形。结论对Cu-AlN进行合理热处理,可改善镀层表面组织与致密度,提高结合强度和导热性能。     

还原气氛热处理对不同助烧剂制备AlN陶瓷的影响研究

利用微波烧结法并分别以5wt％的氧化钇、氧化钙、氧化镝、氧化铷与氧化钐为助烧剂制备了多种氮化铝陶瓷,然后在还原气氛下对所得陶瓷样品进行了热处理,最后讨论了热处理时间对陶瓷样品断面形貌、密度、热导率以及氧含量的影响.结果表明,样品在烧结致密后再放入还原气氛中进行热处理可有效提高氮化铝陶瓷的热传导性,且以氧化镝为助烧剂时所得热导率最大,约为229.12 W/(m· K),而以氧化钙为助烧剂时所得热导率最差.综合考虑助烧剂的价格与不同助烧剂下所制备样品的热传导性,认为以氧化镝为助烧剂来制备AlN陶瓷的性价比最高.     

汽车散热器用新型铝合金的铸造工艺及组织性能研究

采用不同的浇注温度和浇注时间进行了汽车散热器用A356-CeMn新型铝合金试样的铸造,并进行了显微组织、散热性能和力学性能的测试与分析。结果表明:随浇注温度的升高和浇注时间的延长,试样的显微组织逐渐改善,晶粒细化、均匀,热导率和抗拉强度先增大后减小,散热性能和力学性能先提升后略有下降。和690℃浇注温度的性能相比,720℃铸造时的热导率增大12 W/(m·K),抗拉强度增大22 MPa;和6 s浇注时间的性能相比,浇注时间10 s时的热导率增大11 W/(m·K),抗拉强度增大17 MPa。