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.     

石墨鳞片表面镀铬对石墨鳞片/铜复合材料组织和性能的影响

通过盐浴镀覆在石墨鳞片表面镀铬,随后采用真空热压烧结技术制备了镀铬石墨鳞片/铜复合材料,研究了铬镀层的表面形貌和物相组成,并分析了铬镀层对石墨鳞片/铜复合材料显微结构和性能的影响。结果表明,盐浴镀铬层主要由Cr₃C₂和Cr₇C₃组成,经热压烧结后Cr₇C₃与石墨反应生成了Cr₃C₂;石墨鳞片表面镀铬可以明显减少石墨鳞片/铜复合材料界面处的孔隙,提高复合材料的热导率和抗弯强度,与未镀覆的复合材料相比,当镀铬石墨鳞片的体积分数为60%时,复合材料平面热导率相从594 W·m-1·K-1提高至625 W·m-1·K-1,抗弯强度提升65%。     

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。     

Co对熔渗法制备金刚石/Cu复合材料性能的影响

采用熔渗法制备金刚石/Cu复合材料,研究了采用15μm和50μm金刚石颗粒进行组合,体积分数为60%时基体中添加Co对复合材料的致密度、导热率、热膨胀系数及抗弯强度的影响。结果表明,随着Cu中Co含量的增加,复合材料达到熔渗致密时的温度也逐渐增加。采用同一合金成分,过高的熔渗温度会造成复合材料致密度的降低;当Cu中Co含量为2%时,复合材料的导热率提高了57%,达到347 W/(m·K),Co含量超过2%后复合材料的导热率开始降低;而Co含量的增加对降低复合材料的热膨胀系数、提高抗弯强度是有利的,这主要归因于铜中加入Co后对金刚石与Cu的界面改善作用。     

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.      

熔渗法制备高导热金刚石/Cu复合材料

利用真空热压熔渗技术制备金刚石/Cu复合材料。研究熔渗工艺、金刚石表面镀覆条件等对制备出的金刚石/Cu复合材料的热物理性能的影响。通过理论分析和试验数据可以发现:利用熔渗工艺制备出的金刚石/Cu复合材料中增强体金刚石的石墨化程度非常低,对复合材料的热性能影响很小;提高复合材料的致密度以及降低复合材料的界面热阻是提高复合材料热导率的主要方法,通过改变工艺参数和在金刚石表面镀覆金属层等方法可以提高复合材料的致密度并降低材料的界面热阻;采用180~210μm粒径镀Cr金刚石制备的金刚石体积分数为60%、相对密度为99.1%的复合材料热导率达到462 W·m-1·K-1。     

激光粉末床熔融成形金刚石增强铝基复合材料

添加质量分数3%金刚石颗粒并利用激光粉末床熔融技术制备6061铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子密度计、电子式万能试验机对3%金刚石/6061铝基复合材料的微观组织、相对密度和拉伸性能进行了表征与分析。结果表明：金刚石与Al基体反应生成了针状Al₄C₃相,并沉积在α-Al基体上,导致晶界位错密度增加,强度提高,抗失效能力增强。金刚石的添加促使6061铝基体中热裂纹消失,但存在孔洞缺陷。较低的扫描速度增加了激光光斑与被加工材料接触的时间,导致金刚石颗粒部分石墨化,铝基体部分蒸发,进而形成内部缺陷,降低了复合材料的相对密度(97%)。金刚石的加入显著提高了激光粉末床熔融技术成形金刚石/6061铝基复合材料的抗拉强度,当激光功率为350 W、扫描速度为800 mm·s^-1时,复合材料的极限抗拉强度达到最大值244.2 MPa,屈服强度211.6 MPa,伸长率2.1%。     

低成本TiH2粉末制备Ti/(TiB+TiC)复合材料的组织与性能

使用低成本的TiH₂粉末代替纯钛粉,通过添加B₄C原位生成TiB和TiC两种增强相,经过真空无压烧结及热挤压工艺制备出具有优异力学性能的Ti/(TiB+TiC)钛基复合材料,分析了制备工艺和增强相对复合材料组织与性能的影响。结果表明,TiH₂粉末具有较好的烧结活性,脱氢烧结样品的相对密度可达97.7%;经热挤压工艺,相对密度进一步提升到99.9%,接近于全致密。增强相TiB为短纤维状,TiC为颗粒状,均匀分布在等轴α-Ti基体中,能抑制等轴晶的长大,细化晶粒。热挤压工艺能进一步细化晶粒,使组织更加均匀致密,挤压态钛基复合材料具有高硬度和良好的强塑性匹配。TiH₂+4%B₄C(体积分数)挤压态复合材料维氏硬度Hv0.3 310,屈服强度683 MPa,抗拉强度851 MPa,断后伸长率15.1%。     

W对热压烧结铁基金刚石工具胎体组织性能的影响

采用机械合金化方法制备的铁基预合金粉作为主要结合剂,以金属w(W)0%~6%为添加剂,通过热压烧结方法制备金刚石工具胎体和金刚石/胎体材料,研究了W对胎体及金刚石/胎体复合材料密度、硬度、抗弯强度、把持能力和显微组织的影响。结果表明:W和金刚石的添加对热压烧结胎体及金刚石/胎体复合材料密度影响不大,随W的添加量增加,胎体硬度增加;W的添加,能够提高胎体对金刚石的把持能力,但随W含量的进一步增加胎体对金刚石把持力下降;W以颗粒形式弥散分布于Ni、Fe、Co骨架相附近或内部,少量分布于粘结相内部,使胎体显微组织细化和均匀化,胎体断口出现W颗粒脱嵌和穿晶解理。     

镀钨金属化对超音速激光沉积金刚石/铜复合涂层导热性能影响

针对电子封装材料散热需求，为了获得高导热界面材料，通过盐浴镀方法在金刚石表面镀W，并采用超音速激光沉积(SLD)技术在铜基板表面制备金刚石/铜复合涂层，研究镀W金刚石颗粒的表面形貌及成分，及其对金刚石/铜复合涂层微观结构、界面结合和导热性能的影响。研究结果表明，SLD制备的镀W金刚石/铜复合涂层中颗粒间结合良好，界面无明显缝隙，热导率达306.3 W·m^-1·K^-1。金刚石表面镀W改善了金刚石与铜的表面润湿性，促进了金刚石与铜颗粒之间的界面结合，使涂层具有良好的致密性，表现出优异的导热性能。     

热等静压法制备大尺寸铝基碳化硼复合材料及性能研究

采用热等静压法制备铝基碳化硼复合材料(Al-B4C)板材,测试板材的密度和抗拉强度,并观察复合材料的微观组织和拉伸断口形貌。结果表明,Al-31%B4C(质量分数)板材的尺寸为3 mm×200 mm×5000 mm;Al-31%B4C复合材料的相对密度大于99.69%,抗拉强度大于300 MPa,断后延伸率大于3%,B4C颗粒均匀分布在基体中,并与基体紧密结合;Al-B4C复合材料板材的力学性能符合工程用中子吸收材料的要求。比较含不同质量分数B4C颗粒(10%、15%、20%、25%、30%、31%、35%、40%)的Al-B4C复合材料性能,当B4C质量分数为10%~40%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的密度和相对密度均逐渐降低;当B4C质量分数为10%~35%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的抗拉强度逐渐增大,断后延伸率逐渐降低。     

B4C/TA19复合材料显微组织和力学性能研究

纳米碳化硼(B4 C)颗粒与TA19钛合金球形粉末经球磨混合后,采用放电等离子烧结技术(SPS)成功制备出增强相呈准连续网状分布的B4 C/TA19复合材料.研究了增强体B4 C对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,B4 C颗粒的加入可以明显提高材料的抗拉强度,当B4 C颗粒的添加量为0.5％时,复合材料的抗拉...     

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.      

表面镀钨金刚石/铜复合材料的有限元模拟

利用有限元分析软件ANSYS,对表面镀钨金刚石/铜复合材料进行了数值模拟,研究了金刚石体积分数、金刚石粒径及镀层厚度对表面镀钨金刚石/铜复合材料导热系数和热膨胀系数的影响。结果表明:随着金刚石体积分数的增加、金刚石粒径的增大、镀层厚度的减小,复合材料的导热系数呈现出增加的趋势,与文献数据的变化趋势相符,热膨胀系数受金刚石体积分数影响最大,金刚石粒径选在150~200 μm较为合适。     

超细钼铜复合粉体及细晶钼铜合金的制备

采用“缺碳预还原+氢气深脱氧”方法制备了不同Cu含量（5%、20%、40%,质量分数）的超细Mo–Cu复合粉末。通过高温煅烧钼酸铵和硝酸铜混合物制备了MoO₃和CuO复合氧化物,再利用炭黑预还原脱除煅烧产物（CuMoO₄–MoO₃）中绝大部分氧的方法制备了含有少量MoO₂的超细预还原Mo–Cu复合粉体;少量MoO₂的存在可以极大降低预还原产物中碳的残留;最后,经氢还原脱除残留的氧制备得到超细、高纯度Mo–Cu复合粉体,粉体粒度约为200 nm。以Mo–Cu复合粉体为原料,经过压坯和烧结制备得到细晶Mo–Cu合金。结果表明,经过1200 ℃烧结后,随着Cu质量分数由5%增加到20%,合金相对密度由96.3%增加到98.5%,且Mo、Cu两相分布均匀。Mo–Cu合金硬度随Cu含量的增加而先增加后降低,这是由合金相对密度和铜含量对硬度的影响不同所导致的。随着Cu质量分数由5%增加到40%,Mo–Cu合金的热导率由48.5 W·m?1·K?1增加到187.2 W·m?1·K?1,电导率由18.79% IACS增加到49.48% IACS。     

放电等离子烧结法制备高导热金刚石/Al复合材料

以金刚石颗粒和铝粉为原料,通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备高导热金刚石/Al复合材料,在烧结前采用真空微蒸发镀钛工艺对金刚石颗粒进行表面金属化,以降低复合材料的界面热阻.研究SPS工艺参数、铝粉粒度搭配以及复合材料中金刚石含量(体积分数)等对该复合材料致密度及热导率的影响....     

B4C含量对ZrB2陶瓷微观结构及力学性能的影响

针对ZrB₂陶瓷粉末在球磨时易掺入ZrO2,影响ZrB₂陶瓷烧结致密化的问题,添加B₄C作为烧结助剂,采用无压烧结法制备ZrB₂陶瓷材料,研究B₄C含量(w(B₄C),下同)对材料微观形貌、硬度与抗弯强度的影响。结果表明,B₄C通过与晶粒表面的ZrO2发生反应,抑制ZrB₂晶粒粗化,减小晶粒尺寸,从而提高烧结致密度。随B₄C含量增加,ZrB₂陶瓷的晶粒尺寸和相对密度逐渐增大,抗弯强度和硬度先升高后降低。当w(B₄C)为7%时,ZrB₂晶粒细小,材料的抗弯强度和硬度(HV)达到最大,分别为242 MPa和12.65 GPa。w(B₄C)增加至9%时,出现晶粒异常长大,材料力学性能下降。