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。     

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。     

金刚石/Cu复合材料的烧结致密化研究

金刚石/Cu复合材料是性能优异的新型高导热低膨胀热管理材料.采用金刚石经表面镀Ti或Cr后再镀Cu, SPS烧结制备金刚石/Cu复合材料.结果表明: 金刚石/Cu复合材料的烧结致密化与金刚石的体积分数、粒度大小、烧结温度及形成的金刚石/金属间的界面相关.金刚石的体积分数对烧结致密化影响最大, 烧结温度影响最小; 随金刚石体积分数和粒度的增加, 金刚石/Cu复合材料的烧结致密化难度增大.     

放电等离子烧结温度对TiB2/Al复合材料结构与性能的影响

以铝粉为基体、二硼化钛颗粒为增强体,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备TiB₂/Al复合材料,研究了不同烧结温度(500、525、550℃)对复合材料的物相组成、致密度、显微硬度、抗拉/抗压性能的影响。结果表明,所制备复合材料主晶相为α-Al,烧结温度高于525℃时析出少量TiB₂相;随着烧结温度升高,复合材料的致密度、硬度、抗拉强度和抗压强度均呈现先增大后减小的趋势,伸长率和压缩率则先减小后增大;烧结温度为525℃时,复合材料的综合性能最佳,致密度和显微硬度(HV)分别获得最高值98.57%和49.83,抗拉强度(84.9 MPa)和抗压强度(265.1 MPa)也达到最大值;烧结温度偏高时(550℃),材料内部形成孔洞,拉伸过程中出现穿晶断裂现象。     

U-FAST在先进材料研发中的应用

本文介绍了升级版的电场辅助烧结技术U-FAST(SPS)技术,该技术采用了现代电源技术,具有更快的加热速度,可以广泛的应用于先进材料的研发。如应用在烧结碳化物(WC-Co)、热电材料(PbTe)、Zr-Cu-Al-Nb(块状金属玻璃)、复合材料、透明陶瓷材料、生物材料、金刚石增加复合材料(EDC)等,并介绍了应用U-FAST工艺生产的特点。在较低温度和较短时间下开始烧结过程且不会产生任何不利的晶粒生长,使U-FAST技术成为生产纳米晶和亚微米材料的理想工艺,将电场辅助烧烧结技术提升到新高度。     

高能球磨对碳纳米管增强铝基烧结含油轴承性能的影响

采用粉末冶金工艺制备铝粉、球磨铝粉和球磨混合粉末(添加2wt％ MWCNTs的铝粉)烧结含油轴承,测定烧结样品的性能,并研究高能球磨对粉末性能及样品性能的影响规律和机理.结果表明,球磨后粉末颗粒尺寸减小并呈薄片状或层状,MWCNTs被剪断分散后包裹在铝粉颗粒中.粉末球磨易于原子扩散促进烧结颈的形成,提高烧结样品压溃强度...     

放电等离子烧结制备TiC_p/M2高速钢复合材料

采用高能球磨法制备TiCp/M2高速钢复合粉末,并通过放电等离子烧结(SPS)制备TiC颗粒增强M2高速钢复合材料(TiCp/M2)。研究SPS工艺参数对复合材料的致密化规律、显微组织和力学性能的影响。结果表明:SPS可以实现TiCp/M2高速钢复合粉末的低温快速致密化;复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度随烧结温度的提高均呈现先增大后减小的趋势。在1040℃烧结时,增大压力或延长保温时间,TiCp/M2复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度均有所提高,在50MPa压力下保温10min所制备的TiCp/M2高速钢复合材料具有最佳综合性能,其M6C型复合碳化物的平均粒度为0.8μm,相对密度、硬度和抗弯强度分别为98.9%、HRC57和1685MPa。     

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.     

金刚石/硅复合材料的制备和导热性能

为探索新型热沉用散热材料,采用高温高压方法烧结制备了金刚石/硅复合材料,并研究了金刚石大小粒度混粉、金刚石含量、渗硅工艺以及金刚石表面镀钛对复合材料的致密度和导热性能的影响.结果表明:在大粒度金刚石粉中掺入小粒度金刚石粉、渗硅和金刚石表面镀钛处理都可提高金刚石/硅复合材料的致密度和热导率;随着金刚石含量增大,复合材料热导率提高;其中75/63μm镀钛金刚石颗粒与40/7μm金刚石颗粒的混粉,当混粉质量分数为95%时,在4～5GPa、1400℃高温高压渗硅烧结,金刚石/硅复合材料的热导率可高达468.3W·m^-1·K^-1.     

TiC/NbC添加量对铁基复合材料显微组织及力学性能的影响

将不同添加量的TiC/NbC陶瓷颗粒(质量分数分别为50%、33.33%、25%、20%、16.67%)加入到铁基体中,采用放电等离子体烧结(SPS)技术制备了陶瓷颗粒增强铁基复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)对烧结试样的微观组织形貌进行表征,并对其相对密度和力学性能进行测试。结果表明,含16.67%TiC/NbC陶瓷颗粒的烧结试样相对密度最大,达96.78%,且拥有较高的维氏硬度和弯曲强度,分别为300 HV和400 MPa;试样断口表现出明显的脆性断裂特征。SPS快速烧结技术可使TiC/NbC陶瓷颗粒均匀分散在铁基体中,且增强体和铁基体界面结合良好。少量TiC/NbC陶瓷颗粒即可显著细化基体组织,增强铁基复合材料强度和硬度;随着TiC/NbC陶瓷颗粒含量的进一步增加,其对基体组织的细化作用减弱。     

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).     

烧结温度对石墨/铜复合材料微观组织与性能的影响

通过超声波分散结合机械球磨湿磨法对铜粉和石墨粉进行混料,利用放电等离子烧结（SPS）技术制备石墨/铜复合材料。运用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和电导仪等表征手段,研究了烧结温度对石墨/铜复合材料的微观组织与性能的影响。结果表明:超声波分散和机械球磨湿磨法可使石墨均匀分散于铜基体,并与铜基体形成良好的界面结合。当烧结温度从700 ℃升高到750 ℃,石墨/铜复合材料的相对密度、维氏硬度、抗压强度和电导率分别提高了1.6%,6.7%,11.3%和5.3%;当烧结温度从750 ℃升高至900 ℃时,其相对密度、维氏硬度、抗压强度和电导率均呈现下降趋势。当烧结温度为750 ℃时,石墨/铜复合材料组织均匀致密,平均晶粒尺寸约为6.4 μm,相对密度为96.3%,维氏硬度（HV_0.5）为60.7,抗压强度为422 MPa、电导率为86.7%IACS,综合性能较优。      

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.     

SiC粒度及粉末装载量对SiCp/Al复合材料热循环行为及力学性能的影响

选用4种不同粒度的SiC分别与平均粒度为14 μm的SiC粉末混合,混炼后得到4种不同粉末装载量(体积分数)的喂料,采用粉末注射成形方法制备成SiC坯体,再无压熔渗Al～12%Si～8%Mg合金,获得高体积分数SiCp/Al复合材料,研究SiC粉末粒度及SiCp/Al复合材料中SiC的体积分数(即注射成形喂料中SiC粉...     

镀钛金刚石增强玻璃基复合材料的性能

现代电子封装迫切需要开发新型高导热陶瓷（玻璃）基复合材料.本文在对镀钛金刚石进行镀铜和控制氧化的基础上,利用放电等离子烧结方法制备了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情况,测定了复合材料的热导率和热膨胀系数.实验结果表明：复合材料微观组织均匀,Ti/金刚石界面是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粒径和含量的增大而增加,而热膨胀系数随着金刚石含量的增加而降低.当金刚石粒径为100 μm、体积分数为70%时,复合材料热导率最高达到了40.2 W·m^-1·K^-1,热膨胀系数为3.3×10^-6K^-1,满足电子封装材料的要求.     

金属基纳米金刚石复合材料的制备工艺研究

本文对Al5Cu基和Cu1 0Sn基纳米金刚石复合材料的制备进行了尝试 ,并分析了混粉工艺对复合材料显微组织和性能的影响。实验结果表明 ,基体粉末粒径对复合材料中纳米金刚石团粒的分布均匀性影响显著。本实验设计的新工艺 ,从制备亚微米CuO粉开始 ,通过还原、热压 ,成功地制备出了纳米金刚石团粒弥散分布的Cu1 0SnND复合材料     

SPS法制备SiC_P/Cu复合材料的研究

为了开发高导热低成本电子封装材料与器件,采用SPS方法制备了SiC/Cu复合材料,研究了SiC的粒径和体积分数对材料致密度和热导率的影响.结果表明:随着SiC体积分数的减少(从70%到50%),材料致密度逐渐提高;随着SiC粒径从40μm变化到14μm,材料的致密度提高.在材料未达到完全致密的情况下,材料的热导率主要受致密度的影响,SiC粒径的减小和体积分数的适宜降低对材料热导率的提高有利.此外,研究了对SiC进行化学镀铜对复合材料的影响.SiC化学镀铜改善了复合材料两相界面的润湿性,与未镀铜SiC相比,使样品相对密度提高了3%,热扩散系数提高了60%,热导率为167 W/(m·K).