SiC颗粒级配对SiC_p/Al复合材料微观结构和性能的影响

采用放电等离子烧结技术制备高体积分数SiC_p/Al复合材料,研究SiC颗粒级配对复合材料微观结构、热和力学性能的影响。结果表明:放电等离子烧结制备的SiC_p/Al复合材料由SiC和Al两相组成,SiC颗粒基本呈均匀随机分布、层次明显,SiC颗粒与Al基体界面结合强度高且无Al_4C_3等脆性相生成。在双粒径级配的SiC_p/Al复合材料中,SiC体积分数从50%增加到65%时,其相对密度从99.93%下降到96.40%;其中,当SiC体积分数为60%时,复合材料的相对密度、热导率、平均热膨胀系数(50～400℃)和抗弯强度分别为99.19%、227.5W/(m·K)、9.77×10~(-6) K~(-1)和364.7MPa。     

热处理对高体积分数SiCp/Cu热膨胀性能的影响

采用挤压铸造法制备了SiC颗粒体积分数分别为50%、55%和60%的SiCp/Cu复合材料,并分析测试了体积分数和热处理状态对复合材料热膨胀性能的影响规律。显微组织观察表明:复合材料的组织致密,SiC颗粒分布均匀。热膨胀性能测试表明:铸态复合材料的平均线热膨胀系数(20～100℃)介于8.8～9.9×10-6/℃之间,且随SiC含量的增加而降低,实验值与Kerner模型预测值相符。退火处理可以减小基体中的热残余应力,有助于降低复合材料的热膨胀系数,退火态复合材料的热膨胀系数实验值与Turner模型预测值相符。     

电子封装用Al-50%SiC复合材料的组织和性能（英文）

采用粉末冶金法制备体积分数为50%、不同SiC颗粒尺寸(平均尺寸为23、38和75μm)的Al/SiC复合材料。研究SiC颗粒尺寸和退火对Al/SiC复合材料组织和性能的影响。结果表明,在所得复合材料中,SiC颗粒均匀分布在铝基体中。粗Si C颗粒能提高材料的热膨胀系数和热导率,细SiC颗粒降低材料的热膨胀系数和提高抗弯强度。经过400°C、6 h退火后,SiC颗粒的尺寸和形态没有发生变化,但材料的热膨胀系数和抗弯强度降低,热导率增大。退火后,SiC颗粒尺寸为75μm复合材料的热导率为156 W/(m·K),热膨胀系数为11.6×10~(-6)K~(-1),抗弯强度为229 MPa。     

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。     

SiC_p表面化学镀Cu对Al基复合材料组织和性能的影响

采用化学镀覆的方法对SiC_p表面进行镀Cu处理,以2024铝合金为基体,通过直热法粉末触变成形工艺制备了SiC_p体积分数为60%的Al基复合材料,研究了Cu镀层对复合材料显微组织、相组成、断裂行为、抗弯强度和热膨胀系数的影响。研究发现,SiC_p经过镀Cu处理后,复合材料的组织由AlCu、Al_2Cu为主的金属间化合物组成,对复合材料的性质和性能产生了较大影响。新相AlCu、Al_2Cu的出现,显著降低了复合材料的热膨胀系数。与未镀Cu的SiC_p/2024Al复合材料相比,镀Cu后复合材料的致密度为99.15%,提高了1.57%;热膨胀系数为5.73×10~(-6) K~(-1),降低了32.4%;抗弯强度为283 MPa,降低了10.2%。     

SiC_p/Cu复合材料的导热性能研究

利用粉末冶金法真空热压烧结制备了SiCp/Cu复合材料,利用激光脉冲法测试了室温下复合材料的导热性能。研究发现,随着SiCp体积含量的增加,热导率逐渐下降,特别是当SiCp体积分数大于30%以后热导率急剧下降。复合材料的内部缺陷、基体Cu和SiCp颗粒之间的热膨胀失配以及界面反应是影响热导率的主要微观因素。要获得良好导热性能的SiCp/Cu复合材料,应该严格控制SiCp颗粒的体积分数在15%~30%之间。尽量提高致密度,减少烧结体内的位错、空隙等缺陷。     

CNTs/SiC/Cu复合材料制备及性能

以碳纳米管(CNTs)、碳化硅(SiC)粉体、锌(Zn)粉和CuSO_4·5H_2O为主要原料,用化学镀的方法制备CNTs /Cu复合粉体,再采用非均相沉淀法制备CNTs/SiC/Cu复合粉体.在750 ℃、100 MPa的制度下进行真空热压烧结后制得CNTs/SiC/Cu复合材料,其中Cu的含量(体积分数,下同)为70%,CNTs的含量(体积分数, 下同)分别为0,3%,5%,8%,12%.利用XRD、SEM分析样品的物相组成和显微结构;利用阿基米德排水法、显微硬度计、三点弯曲法测试了复合材料的密度、显微硬度和抗弯强度.结果表明,随着碳纳米管含量的增加,CNTs/SiC/Cu复合材料的密度、显微硬度和抗弯强度等性能发生相应变化,其中,抗弯强度呈现逐渐升高趋势.与未添加碳纳米管的30SiC/70Cu复合材料相比,添加12%CNTs的12CNTs/18SiC/70Cu 样品,抗弯强度提高了21.45 MPa.     

SiC粒径比及体积比对SiCp/Al-5Si-2.5Mg复合材料组织及性能影响

采用放电等离子烧结技术制备60 vol%SiCp/Al-5Si-2.5Mg复合材料,研究SiC粒径比及粗/细体积比对复合材料微观组织、热导率和抗弯强度的影响。结果表明:随着细SiC粒径减小,其抗弯强度增加、热导率降低;同时,随着细SiC体积分数增加,其抗弯强度增加、热导率先升高后下降;当复合材料中SiC粒径比为76/16、体积比为3∶1时,热导率、平均热膨胀系数(100~400℃)、抗弯强度分别为214 W/(m·K)、9.8×10~(-6)K~(-1)和309 MPa,其断裂方式以SiC解理断裂和基体的韧性断裂为主。     

高体积分数β-SiC_P/Cu复合材料的制备及性能研究

利用化学镀铜方法对β-Si C颗粒进行表面改性,结合热压烧结技术制备了50%Si C体积分数的β-Si C_P/Cu复合材料,探讨了β-Si C颗粒化学镀铜工艺和烧结温度对该复合材料微观结构、相对密度、抗弯强度和热膨胀系数的影响。结果表明:镀铜后β-Si C颗粒表面均匀地包覆一层铜膜,烧结后复合材料Si C颗粒在基体中分布均匀,界面结合良好。β-Si C_P/Cu复合材料相对密度和抗弯强度随烧结温度升高而增大;热膨胀系数随烧结温度升高而降低。利用化学镀改性β-Si C颗粒制备的β-Si C_P/Cu复合材料性能均优于未利用化学镀改性β-Si C颗粒制备的复合材料,这是由于β-Si C颗粒镀铜可有效改善Si C-Cu的界面结合状态。当烧结温度为750℃时,β-Si C_P/Cu复合材料的相对密度和抗弯强度最高,热膨胀系数最低。     

热压烧结SiCp/ZL101A复合材料显微组织研究

采用真空热压烧结在不同工艺参数下制备SiC颗粒体积分数分别为10%,20%,30%,40%的SiCp/ZL101A复合材料,研究烧结温度、保温时间等工艺参数对SiCp/ZL101A复合材料显微组织的影响以及SiC含量对SiC颗粒在基体ZL101A中分布均匀性的影响,同时对SiCp/ZL101A复合材料界面进行透射电镜显微分析。结果显示,随着烧结温度的增加,组织致密度增加,气孔数量及尺寸减小;保温时间的增加导致复合材料平均晶粒尺寸的增加;随着SiC颗粒体积分数的增加,SiC颗粒在基体ZL101A中分布均匀性变差;固相烧结法制备的SiCp/ZL101A复合材料中没有出现界面反应现象。     

工艺参数对SiC/Cu双连续相复合材料在NaCl溶液中腐蚀行为的影响

用腐蚀失重法及SEM研究了SiC孔径及体积分数对泡沫SiC/Cu双连续相复合材料在3.5%(质量分数)NaCl水溶液中腐蚀行为的影响。结果表明:SiC体积分数不变时,随着孔径的增大,SiC/Cu双连续相复合材料单位面积的腐蚀失重增加;孔径不变时,随着SiC体积分数的增加,其单位面积的腐蚀失重增大。     

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.     

粉末冶金法制备纳米MgO颗粒增强铜基复合材料

采用粉末冶金法制备了不同体积分数的纳米MgO颗粒增强铜基复合材料,测定了MgO/Cu复合材料的密度、硬度和电导率,并进行了微观组织观察。结果表明,随着MgO颗粒含量的增加,MgO/Cu复合材料的密度和电导率降低,硬度先升高后降低,当MgO体积分数达到2.5%时,综合性能最好。微观组织观察表明,热挤压后,增强相颗粒弥散分布在铜基体上;随着增强相体积分数的增加,颗粒出现团聚并聚集在铜基体晶界处。     

底部真空负压浸渗工艺制备β-SiCp/Al电子封装材料

针对国内目前SiCp/Al在产业化中存在的诸多问题,选用W20和W60的β-SiC粉体,采用模压成型制备SiC预制体,并通过底部真空负压浸渗工艺制备了致密度为96％～98％、体积分数为55％～72％的β-SiCp/Al复合材料.XRD、SEM、CT和CTE测试分析表明:所制备的复合材料中存在MgAl2O4尖晶石相,没有发现Al4C3脆性相;复合材料组织均匀,存在少量浸渗缺陷,孔洞较少;SiC体积分数为72％的复合材料在常温热度下的热膨胀系数为6.91×10-6/K,热导率为164.8 W/(m?K),而SiC体积分数为65％的复合材料的热膨胀系数为7.31×10-6/K,热导率为172.7 W/(m?K).     

孔隙率与界面结构对高体积分数SiC_p/Al复合材料热学和力学性能的影响（英文）

采用放电等离子烧结技术成功制备具有高热学和力学性能的50vol.%SiC_p/Al复合材料,研究烧结温度对复合材料热导率、热膨胀系数和抗弯强度的影响。结果表明,在520℃下烧结获得的复合材料,导热系数为189W/(m·K),热膨胀系数(50～200℃)为10.03×10~(-6)K~(-1),抗弯强度为649 MPa。Al合金基体与SiC颗粒之间的界面结合良好,复合材料接近完全致密,因而具有较高的热学性能和力学性能。为满足高性能电子封装材料的制备提供一种新的可行方法。     

T6热处理对SiCp/Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备出不同SiC颗粒体积分数(30%、35%和40%)的SiCp/Al复合材料。采用MMU-5GA微机控制真空高温摩擦磨损试验机对比研究SiCp/Al复合材料在不同体积分数以及T6热处理前后情况下平均摩擦因数和磨损率的变化,通过扫描电镜分析了SiCp/Al复合材料表面磨损形貌,探讨了摩擦磨损机理。试验结果表明,SiC颗粒体积分数在30%~40%变化时,随其体积分数增加耐磨性下降。SiC颗粒体积分数在30%~35%范围内,SiC颗粒与基体结合较好,SiC颗粒作为硬质点起到抵抗磨损和限制基体合金塑性变形产生磨损的双重作用;但SiC含量过多时,颗粒与基体的结合不紧密,磨损时颗粒极易脱落,复合材料耐磨性降低;T6热处理后复合材料的平均摩擦因数和磨损率均降低,这是由于热处理后试样强度及硬度提高,从而提高了试样的耐磨性;常温下复合材料在磨损初期的磨损机理主要以磨粒磨损为主,而在磨损期则为磨粒磨损与剥落磨损共存。     

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。      

(SiC)TiN/Cu复合材料的热物理性能和焊接性能

以醇盐水解-氨气氮化法在SiC颗粒表面包覆TiN,然后采用放电等离子体烧结进行致密化,重点分析所制备的(SiC)TiN/Cu复合材料的热物理性能和焊接性能。结果表明:醇盐水解-氨气氮化法能够制备出TiN包覆SiC复合粉末,TiN包覆层均匀连续,能够提高材料的致密度并改善界面结合。(SiC)TiN/Cu复合材料的热膨胀系数介于8.1×10-6～11.9×10-6K-1之间,并且随着SiC体积分数的增加而降低。(SiC)TiC/Cu复合材料经过8次热循环以后的残余塑性应变为4.0×10-4。当SiC的体积分数为30%时,复合材料的热导率达到270W·m-1·K-1。Ag-Cu-Ti钎料在900℃时能在(SiC)TiN/Cu复合材料上完全铺展,具有良好的润湿性。(SiC)TiN/Cu复合材料与Ag-Cu-Ti钎料焊接接头的剪切强度高达56MPa。     

SiC_p/ZL101基复合材料的界面与性能

以体积比为7:3的比例混合粒径分别为75和15μm两种尺寸的SiC颗粒,将其分别在1 200℃高温烧结2、4、6、8和10 h后采用气压浸渗法制备SiC体积分数为70%的SiCp/ZL101基复合材料,研究预制件高温烧结后复合材料的界面,讨论氧化以及界面反应对复合材料抗弯强度和导热性能的影响,并利用实验热导率反算实际界面传热系数。结果表明:双尺寸的SiC颗粒在Al合金基体中分布均匀;SiC预制件的氧化改变了SiC颗粒与Al合金基体之间的结合形式,从而有效提高了界面结合强度,在1 200℃氧化4 h,其抗弯强度和热导率均达到最高,分别为422 MPa和195 W/(m.K)。实际界面传热系数与复合材料热导率变化一致。此外,氧化钝化了SiC颗粒,其形貌的变化使得颗粒周围基体中的应力集中现象大大减少,提高了复合材料的抗弯强度,但是氧化时间过长的界面却不利于载荷的传递和基体的形变约束。     

粒度组成对高体积分数SiC_p/Al复合材料性能的影响

采用凝胶注模法制备SiC预制件用于无压熔渗液态铝合金实现60～67 vol%SiCp/Al复合材料的近净成形制备,研究了碳化硅颗粒级配及热处理对复合材料力学和热学性能的影响.结果表明:不同粒度的SiC粉体在铝基体中分布均匀,无明显偏聚现象;采用较细的SiC颗粒级配和退火处理都能有效提高复合材料强度;粗颗粒级配能增大SiC在复合材料中的体积分数,有利于导热性能的提高和热膨胀系数的降低;SiCp/Al复合材料抗弯强度介于240～365 MPa,室温时热导率介于122～175 W·m-1·℃-1.之间,室温至250℃的平均线热膨胀系数小于7.5×10-6℃-1,满足电子封装的性能要求.