SPS方法制备铜/金刚石复合材料

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备出高体积分数的铜/金刚石复合材料,并对复合材料的致密度、热导率和热膨胀系数等进行了研究.结果表明,采用该方法制备的铜/金刚石复合材料微观组织均匀,致密度分布为94%~99%,最高热导率为305W·(m·K)^-1,热膨胀系数与常见电子半导体材料相匹配,能够满足电子封装材料的要求.     

放电等离子烧结法制备金刚石/Cu复合材料

通过真空镀铬对金刚石颗粒进行表面改性,采用放电等离子烧结法(SPS)制备改性金刚石/Cu复合材料;研究金刚石的体积分数、工艺参数以及金刚石颗粒表面改性对复合材料导热性能的影响。结果表明,烧结温度、混料时间以及金刚石颗粒的体积分数都会影响材料的致密度,金刚石颗粒的体积分数还会影响材料的界面热阻,而致密度和界面热阻是影响该复合材料导热性能的2个重要因素;对金刚石颗粒进行真空镀铬表面改性,可改善颗粒与铜基体的润湿性,降低界面热阻。在一定的工艺条件下,镀铬金刚石体积分数为60%时,改性金刚石/Cu复合材料具有很高的致密度,其热导率达到503.9W/(m.K),与未改性的金刚石/Cu复合材料相比,热导率提高近2倍,适合做为高导热电子封装材料。     

Al2O3含量对放电等离子烧结Al2O3/Cu复合材料组织与性能的影响

以微米级Cu粉为基体相,纳米Al₂O₃颗粒为绝缘相,采用机械球磨和放电等离子烧结工艺相结合的方法制备Al₂O₃/Cu复合材料,研究Al₂O₃含量对复合材料微观结构、电阻率和热导率的影响。结果表明,Al₂O₃/Cu复合材料为核?壳结构,随Al₂O₃含量增加,Al₂O₃包覆层对Cu基体的包覆效果逐渐提升;当w(Al₂O₃)为5%时,Al₂O₃/Cu复合材料的热导率较高,为85.92 W/(m·K),但电阻率偏低,仅为12.6 mΩ·cm。当w(Al₂O₃)增加至15%时,虽然Al₂O₃/Cu复合材料的密度降至6.69 g/cm³,孔隙率较高,但电阻率显著提高至2.09×10⁸ mΩ·cm,约为Cu电阻率的10¹¹倍,且热导率为7.6 W/(m·K),明显高于传统金属基板的热导率。     

SiC粒径比对SiC_p/Al基复合材料组织及性能的影响

采用高压扭转(high pressure torsion)法将粒径比分别为1:1,1:7,1:21的SiC颗粒和纯铝粉末的混合物固结成金属基复合材料。利用金相显微镜、显微维氏硬度计、万能试验机和扫描电镜研究不同SiC粒径比对SiCp/Al复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,与SiC粒径比1:1的试样相比,粒径比为1:7和1:21的试样中SiC颗粒分布更加均匀,颗粒间无明显团聚现象;大颗粒加入后对材料硬度的影响较为复杂,1:21试样硬度值最低;材料伸长率分别提高130%和113%,致密度也高于1:1的试样,材料断裂形式为韧性断裂。SiC粒径比为1:7试样的致密度、伸长率高于粒径比为1:21试样,综合性能较好。     

合金化铁粉对金属/金刚石复合材料性能的影响

本文研究了预合金化的铁磷及铁铜粉末对金属 /金刚石复合材料性能的影响。结果表明 ,采用预合金化的铁基粉末能够提高金属基体的密度、抗弯强度和耐磨性。以铁磷预合金粉末为基础粉末时 ,金属基体相对密度可达 99 6 %、抗弯强度可达 15 6 7MPa、磨损速率为 1 2 5× 10 -2 g/min ,比以还原铁粉为基础粉末的强度提高 30 %、磨损速率降低了 79%。粉末的颗粒尺寸对金属基体的硬度有明显的影响 ,降低基础粉末的颗粒尺寸 ,有利于增加硬质相的弥散强化作用 ,增加材料的硬度。     

金刚石盐浴镀覆温度对Al/金刚石复合材料导热性能的影响研究

采用盐浴镀对金刚石颗粒进行表面镀Ti,并采用放电等离子烧结制备高导热Al/金刚石复合材料,探讨了镀覆温度对金刚石表面镀Ti层结构、成分以及Al/金刚石烧结体导热性能的影响。结果表明,在较低的温度(700℃)镀覆30min即能够使金刚石表面包覆一层较为均匀的镀Ti层,镀层表面光滑平坦。当镀覆温度升高,金刚石不同类型表面呈现不同的镀层形貌。Ti在金刚石(100)面沉积速率要高于(111)面,表明金刚石(100)面比(111)面活性更高。随着金刚石镀Ti温度的提高,Al/金刚石复合材料的热导率逐步下降。相比之下,700℃镀覆温度下所得金刚石表面镀层较薄,而且镀层与金刚石之间结合力较强,SPS烧结过程中金刚石与Al基体能够实现较为紧密的结合,因而复合材料热导率优于其它更高镀覆温度条件下所制备的Al/金刚石复合材料。     

高导热金属基复合材料的制备与研究进展

随着电子器件芯片功率的不断提高,对散热材料的热物理性能提出了更高的要求.将高导热、低膨胀的增强相和高导热的金属进行复合得到的金属基复合材料,能够兼顾高的热导率和可调控的热膨胀系数,是理想的散热材料.本文对以Si、SiCp、金刚石、鳞片石墨为增强相的铜基及铝基复合材料的研究进展进行了总结,并就金属基复合材料目前存在的问题...     

放电等离子烧结制备非连续石墨纤维/Cu复合材料

以磨碎中间相沥青基石墨纤维和铜粉为原料,通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备非连续石墨纤维/Cu复合材料,对石墨纤维表面进行镀钛金属化处理,以改善材料的界面结合状况.研究SPS工艺参数、铜粉粒度搭配、石墨纤维表面镀钛以及石墨纤维含量对石墨纤维/Cu复合材料致密度及热导率的影响.结果表明,将平均粒度为12和80 μm的铜粉按1∶2的质量比搭配,再与表面镀钛石墨纤维按1∶1的体积比混合,采用35 MPa先加压后送热的加压方式,于895℃下进行放电等离子烧结,可获得致密度达99.6％、热导率为364 W/(m·K)的石墨纤维/Cu复合材料,是1种很有潜力的电子封装材料.石墨纤维表面镀覆的极薄Ti镀层,可使复合材料在二维平面方向上的热导率从196 W/(m·K)提高到364 W/(m·K).     

微波烧结过程中Cu_(60)Cr_(40)合金组织演变的研究

采用机械合金化和冷压微波烧结法制备了Cu_(60)Cr_(40)合金,通过X射线分析和SEM扫描电镜分析Cu_(60)Cr_(40)合金的相组成和显微组织,研究了微波烧结过程中Cu_(60)Cr_(40)合金组织的演变规律。结果表明:Cu_(60)Cr_(40)合金粉体和冷压压坯组织呈层片状;随烧结温度的提高,Cu_(60)Cr_(40)合金压坯在烧结过程中由层片状组织向短棒状或球棒状转变,晶界逐渐明显,孔隙减少,致密度增加,由固相烧结转变为液相烧结。     

化学镀镍工艺对金刚石/铜复合材料表面镀层性能的影响

通过在金刚石/铜复合材料表面上化学镀镍的方法使表面金属化以改善其焊接性.研究了镀镍工艺对Ni-P合金镀层中磷含量的影响,以及不同磷含量对镀层的结合强度、耐蚀性和AgCu28钎料铺展性的影响,并对镀层的工艺与厚度进行了优化.AgCu28钎料在磷质量分数为5.8%~8.7%的镀层上均表现出较好的铺展性,且含磷8.7%的镀层比磷含量低的镀层的耐蚀性要好.综合考虑镀层与基体的结合强度和钎料在镀层上的铺展性,认为镀覆时间为10~20 min的镀层,即厚度为5~8μm时,镀层性能最理想.     

激光熔覆陶瓷颗粒增强金属基复合材料研究进展

陶瓷增强金属基复合材料(MMCs)因其优异的耐磨性、韧性、高温蠕变性能和疲劳强度,已被广泛应用于生物医学、航空航天、电子等高端工程行业。激光熔覆是在基体表面,利用激光束使陶瓷及其他特殊粉末与基体表层融化,并自激冷却形成冶金结合涂层的环保新技术,具有沉积效率高、厚度可控、热变形小、冷却快、稀释率小以及冶金结合等优点。本文介绍了激光熔覆陶瓷颗粒的形成方式对MMCs性能的影响,随后讨论了激光熔覆辅助能场及高速激光熔覆技术对MMCs的界面强化效应,并分析了陶瓷颗粒的强化机制和激光辅助能场的作用机制。最后,对目前激光熔覆陶瓷颗粒增强基金属复合材料研究的发展进行了展望。     

碳纳米管增强铝基复合材料的力学和物理性能

采用磁力搅拌与放电等离子烧结技术制备了碳纳米管(CNT)增强铝基复合材料.对试样进行了扫描电镜和透射电镜表征,测试了试样的力学性能、摩擦性能、电学性能和热学性能.当碳纳米管在试样中的质量分数为1%时,可在铝基体中均匀分布且CNT/Al界面结合良好,此时试样的抗拉强度和硬度较纯A1分别提高了29.4%和15.8%.在获得最佳力学性能强化和最佳减磨效果的同时.试样电导率较纯Al仅降低8.0%.碳纳米管可提高基体的热导率.但强化效果不明显.     

Effect of sintering atmosphere on densification,mechanical properties and diamond stability of prealloyed diamond impregnated composites obtained by free sintering

Abstract

The sintering behaviour of prealloyed powder compacts has been studied as a function of the sintering atmosphere in free sintering experiments. Atmospheres with different hydrogen/nitrogen ratios and even vacuum have been used in the sintering cycles. Powder compacts with and without diamond additions have been sintered. Three different grades of diamond were used in the experiments, all of them synthetic manmade diamond. Two had different levels of metallic inclusions and one was coated with Ti. The interaction between bond/atmosphere/diamond has been characterised analysing the density, microstructure, bend strength and degradation of the diamonds after dissolving the matrix. Diamonds from atmospheres with low hydrogen content show evidence of strong degradation. Moreover, any diamond additions strongly decrease the strength of the bonds, acting as defects. The strength is also affected by the sintering atmosphere and sintering temperature but not significantly by the type of diamond.     

添加W/Cr和WC/Cr3C2对铁基金刚石锯片性能的影响

以Fe-30%Cu(质量分数)合金粉末、单质Sn粉和Cu粉的混合粉末为基体,分别用W/Cr/Ni混合粉末和WC/Cr3C2/Ni混合粉末作为添加剂,制备金刚石锯片胎体材料,并利用加压烧结方法制备金刚石锯片。分析胎体材料的致密度、组织结构和力学性能以及金刚石锯片的切割性能。结果表明:胎体中添加Ni-W/Cr或Ni-WC/Cr3C2后,硬度、冲击韧性和抗弯强度最大增幅分别达到19.2%、11.7%和6.9%,致密度由96.50%降至93.1%～94.8%;胎体材料中添加2.44%W和2.44%Cr(体积分数)的金刚石锯片具有最优的干切性能,磨耗比和切割速率分别达到105.3 m/mm和1.66 m/min;添加4.36%WC和0.67%Cr3C2(体积分数)的金刚石锯片具有最优的湿切性能,磨耗比和切割速度分别达到109.6 m/mm和2.17 m/min。     

烧结温度对高速压制制备弥散强化铜材料导电率的影响

弥散强化铜材料具有高强度和高导电性的特性,孔洞是影响导电率的重要因素.本文采用高速压制成形技术,对Al₂O₃质量分数为0.9%的弥散强化铜粉压制成形,研究了压制速度对生坯的影响.当压制速度为9.4 m·s^-1时得到密度为8.46 g·cm^-3的生坯.研究了烧结温度对烧结所得Al₂O₃弥散强化铜试样导电率的影响.当生坯密度相同时,烧结温度越高,所得试样的导电率也越高.断口与金相分析表明:烧结温度为950℃时,烧结不充分,颗粒边界以及孔洞多而明显,孔洞形状不规则;烧结温度为1080℃时,颗粒边界消失,孔洞圆化,韧窝出现,烧结坯的电导率为71.3%IACS.     

La_2O_3对微波烧结Cu_(20)Fe_(80)合金组织性能的影响

采用机械合金化和冷压微波烧结法制备了Cu_(20)Fe_(80)合金,研究了La_2O_3添加对Cu_(20)Fe_(80)合金组织性能的影响,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪等设备观察和分析Cu_(20)Fe_(80)合金组织形貌和相组成,并测定了合金的致密度和硬度。结果表明:Cu_(20)Fe_(80)合金粉体呈层片状,随La2O3质量分数的增加,合金粉体得到细化,机械合金化程度增强;Cu_(20)Fe_(80)合金粉体的冷压压坯组织呈层片状,随La_2O_3质量分数的增加,压坯致密程度和成型性提高;微波烧结后组织呈现层片状,随La_2O_3质量分数的增加,空隙先减少后增加,烧结组织致密度和硬度先提高后减小;综合分析,La_2O_3最佳添加量为0.2%。     

镀层对金刚石/玻璃复合材料性能的影响

为满足现代电子工业日益增长的散热需求,急需研究和开发新型高导热陶瓷（玻璃）基复合材料,而改善复合材料中增强相与基体的界面结合状况是提高复合材料热导率的重要途径.本文在对金刚石和镀Cr金刚石进行镀Cu和控制氧化的基础上,利用放电等离子烧结方法制备了不同的金刚石增强玻璃基复合材料,并观察了其微观形貌和界面结合状况,测定了复合材料的热导率.实验结果表明：复合材料中金刚石颗粒均匀分布于玻璃基体中,Cu/金刚石界面和Cr/Cu界面分别是两种复合材料中结合最弱的界面;复合材料的热导率随着金刚石体积分数的增加而增加;金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而降低,由于镀Cr层实现了与金刚石的化学结合以及Cr在Cu层中的扩散,镀Cr金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而增加.当金刚石粒径为100μm、体积分数为70%及镀Cu层厚度为约1.59μm时,复合材料的热导率最高达到约91.0 W·m^-1·K^-1.     

氧烛中锰金属粒径对氯酸钠热解的催化作用

分别制备了两组粒径的Mn金属燃料(平均粒径分别为18.73和5.24 μm),利用激光粒度分析仪测试了其粒径分布,扫描电镜分析了表面形貌,能谱仪确定了所含元素.对NaClO₃,NaClO₃与Co₃O₄,NaClO₃、Co₃O₄与Mn的混合物分别进行了热重与示差扫描量热联合分析实验(TGA-DSC),通过对比各混合物热解起始温度及其他特征温度,探究了Mn金属粒径对NaClO₃热解的催化强度与热解稳定性的影响.研究结果表明:Co₃O₄虽对NaClO₃热解具有催化性,热解开始温度(T_o)由512.3℃下降为333.0℃,但其可导致NaClO₃热解的不稳定,热解阶梯由1个变为3个;Mn金属燃料对NaClO₃中间产物具有明显的催化性,且随着粒径减小,催化强度逐渐增加,热解终止温度(T_f)由419.8℃下降为351.9℃,同时NaClO₃热解阶梯减少,热解温度区间变窄(由180.6℃减小为19.4℃),热解更加稳定.     

界面改性对SiCp/Cu复合材料力学性能的影响

研究了界面改性对SiC颗粒增强Cu基复合材料力学性能和断裂机制的影响。结果表明：经过SiC颗粒表面涂层处理后，可在复合材料中获得干净、紧密的界面结合。通过复合材料界面优化，可在基体和增强物之间有效传递载荷，减少了拉伸变形时的界面脱粘，从而提高了复合材料的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率。     

进口粉矿粒度变化对其烧结性能的影响

近年来进口铁矿粉质量日趋劣化,马钢烧结所用A粉、B粉、F粉和H粉粗粒级＋6.3mm部分增加趋势明显。烧结试验研究表明：进口粉矿中＋6.3mm粒级增加后,烧结料层的原始透气性变好,利用系数和烧结速度均有所改善,烧结矿成品率、强度则在一定的粒级组成下有所改善;粒度继续变粗后,成品率和转鼓强度反而变差。采取适当降低混合料水分...