集成电路领域铜基材料的应用现状及与石墨烯复合展望

大规模集成电路正朝着高密度、低功耗、微型化的趋势发展,对材料性能要求日渐提高。铜基材料凭借优异的力学性能和功能特性在集成电路及相关领域得到广泛应用。本文对铜基材料在引线框架、互连材料、键合丝、集成电路载体、热管理材料等方面的应用现状进行了介绍,并对石墨烯/铜复合材料在集成电路及相关领域中的应用前景进行了展望。石墨烯/铜复合材料能够综合铜和石墨烯的性能优势,表现出高强高导、超高导电、高导热低膨胀、化学稳定、抗电迁移等特性,有望为满足集成电路及相关领域对高性能铜基材料的迫切需求提供可能的解决途径。     

石墨排列取向对铜基粉末冶金材料制动摩擦学行为的影响

利用放电等离子烧结(Spark plasma sintering,简称SPS)技术并配合机械加工的方式制备了3种相对摩擦工作面石墨取向为0°、45°和90°的铜基粉末冶金摩擦材料。采用MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台测试了3种材料的制动摩擦磨损性能,并对其试验后的摩擦表面三维形貌特征、近摩擦面区域特征、磨屑特征和摩擦表面物相进行分析,研究了石墨排列取向对不同制动条件下铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：与石墨取向为0°的材料相比,石墨取向为45°和90°的材料的硬度、导热系数均显著提升。随着制动初速度的升高,3种材料的平均摩擦系数均呈现先上升后下降的趋势;在相同的制动条件下,石墨取向为45°和90°的材料的平均摩擦系数与石墨取向为0°的材料相差不大,但磨损率较低,特别是0.8 MPa、250 km/h条件下石墨取向为90°的材料的磨损率仅为石墨取向为0°的材料的31.8%。提高制动初速度均能够促进3种材料摩擦表面形成氧化膜,对于石墨取向为0°的材料,表面形成以Fe₃O₄为主的氧化膜,而对于石墨取向为90°的材料,则形成以Fe     

热还原石墨烯纳米片对铜基复合材料性能的影响

采用热还原法和放电等离子烧结技术制备石墨烯纳米片/铜(rGO/Cu)复合材料,研究不同含量的还原氧化石墨烯(rGO)对制备复合材料的影响.结果表明:氧化石墨烯在铜粉表面均匀分散.在烧结后,rGO与铜粉紧密结合在一起,形成良好的结合界面.随着rGO含量的增加,复合材料的维氏硬度和电导率先增加后降低.rGO含量(质量分数)...     

烧结温度对湿式铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

利用粉末冶金技术制备了湿式铜基摩擦材料,研究了烧结温度对摩擦材料性能的影响,得出最佳烧结温度.研究表明,在选用的烧结温度下,摩擦材料的各组元分布较均匀,致密化程度逐渐提高;随着烧结温度的升高,摩擦材料的抗压强度和密度均呈现先增大后降低的趋势,硬度逐渐增大;同时,摩擦系数逐渐降低,材料的稳定性提高,磨损量总体呈降低趋势....     

纳米SiO2对铜基摩擦材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金法制备添加0.75%的纳米SiO2(n-SiO2)和0.75%Cu包覆纳米SiO2(Cu/n-SiO2)复合粉体的新型铜基摩擦材料.采用惯性台架实验机,研究比较两种材料与未添加纳米SiO2的材料的摩擦学性能.结果表明:在铜基摩擦材料中添加微量n-SiO2可改善材料的耐磨性和耐热性;添加Cu/n-SiO2的铜基摩擦材料,耐热性提高32%,耐磨性提高2.02倍;添加n-SiO2的摩擦材料,耐热性提高7%,耐磨性提高18%;经铜包覆处理后的n-SiO2对材料性能的影响优于未处理的n-SiO2.     

石墨烯/铜基复合材料织构表面的摩擦特性

目前针对石墨烯/铜基复合材料的研究主要集中在复合材料的制备工艺对材料性能的影响上,对石墨烯/铜基复合材料表面摩擦特性影响还缺乏深入探究。采用热压烧结法制备石墨烯/铜基复合材料,并利用激光在复合材料表面完成不同尺寸和形态的微织构加工,探究织构化和石墨烯对复合材料表面摩擦特性的影响。测试结果发现：当石墨烯含量为0.5%时,该复合材料存在一个硬度峰值为140 HV_0.1,比铜合金基体的硬度提高了近27%。同时具有凹坑织构的复合材料表面摩擦因数及磨痕宽度随表面织构直径的增加而呈现“下降-上升”趋势,其中凹坑直径为200μm时,各项指标达到最小,摩擦因数为0.377,磨痕宽度为231μm,可以看出合适的织构形状、尺寸以及适当的石墨烯含量使得石墨烯/铜基复合材料在减磨性和耐磨性方面有所提高。将激光表面织构化技术与粉末冶金技术相结合,为改善零部件表面摩擦磨损性能提供了一种新的工艺。     

石墨烯增强铜基复合材料显微组织和性能的研究

采用粉末冶金法制备了质量分数为0%(纯铜)、0.4%、0.8%和1.2%的石墨烯增强铜基复合材料,利用光学显微镜、高分辨场扫描电镜、高精度固体密度仪、数字式电导率仪和万能试验机对石墨烯增强铜基复合材料的微观组织和性能进行研究和分析。结果表明,铜粉纯度高、无杂质,随着石墨烯含量的增加,复合材料的孔隙率随之增加,而且石墨烯的团聚现象逐渐加重,晶粒尺寸呈现先降低后提高的现象,而石墨烯含量在0.8%时,晶粒尺寸最小为43.385 nm。以复合材料的物理性能方面来说,石墨烯增强铜基复合材料的密度和电导率呈现下降趋势。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度和最大抗压强度呈现先上升后下降的趋势,而压缩率呈现逐渐下降的趋势,当石墨烯含量为0.8%时,屈服强度和最大抗压强度达到最大值,分别为80.79和332.88 MPa。     

碳对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

借助混料-成形-烧结等工艺和性能测试、扫描电镜（SEM）的观察和分析，研究了不同种类和粒度的碳对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响。结果表明：由于其制造过程不同，不同形态的碳自身的物理力学性能存在较大的差别，而在同种形态的碳中粉末的粒度和个体的区别导致不同形态碳对铜基摩擦材料的密度、孔隙度的影响具有不同的表象，进而影响到摩擦材料的摩擦磨损性能。试验研究证明，在铜基粉末冶金摩擦材料中采用具有一定粒度组成的鳞片石墨具有较好的综合摩擦磨损性能。     

石墨烯增强铜基复合材料研究

铜及其合金在实际应用中稳定性差且强度相对较低。石墨烯作为一种由碳原子杂化的二维层状材料,具有较高的强度、良好的导电导热性能,是一种极具潜力的纳米级铜基材料增强体。本文基于石墨烯在铜基材料中的应用研究现状,概述了石墨烯铜基复合材料的常用制备工艺,并对其优缺点进行了分析;综述了石墨烯铜基复合材料的有效分散、界面结合和结构设计等关键技术,对石墨烯增强铜基复合材料研究存在的问题和发展方向进行了总结和展望。     

碳对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

借助混料-成形-烧结等工艺和性能测试、扫描电镜(SEM)的观察和分析,研究了不同种类和粒度的碳对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响。结果表明:由于其制造过程不同,不同形态的碳自身的物理力学性能存在较大的差别,而在同种形态的碳中粉末的粒度和个体的区别导致不同形态碳对铜基摩擦材料的密度、孔隙度的影响具有不同的表象,进而影响到摩擦材料的摩擦磨损性能。试验研究证明,在铜基粉末冶金摩擦材料中采用具有一定粒度组成的鳞片石墨具有较好的综合摩擦磨损性能。     

Friction Wear Property of Brake Materials by Copper-based Powder Metallurgy With Various Brake Speeds

The experiment is conducted on MM-1000 friction test machine, which tests friction wear property of copper-based brake materials by powder metallurgy at different brake speeds. It shows that the coefficient of friction and wear volume are greatly influenced by brake speed. When the brake speed is 4000 r/min, which is a bit higher, the material still has a higher coefficient of friction with 0.47. When the brake speed is over 4000r/min. the coefftcient of friction decreased rapidly. When the brake speed is 300Of/rain, the material‘s wear is in its minimum. That is to say no matter how higher or lower the brake speed is the wear volume is bigger relatively. With the brake speed of the lower one it mainly refers to fatigue wear; while of higher one it mainly refers to ahradant and oxidation wear.     

铁基粉末冶金含油材料摩擦学性能

采用粉末冶金方法制备多孔含油铁基材料,在自制的HDM-10型端面摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,考察了含碳量及材料密度对含油铁基材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：铁基粉末冶金含油材料的含碳量应选择0．6～0．8％（质量）为宜,组织为珠光体加少量铁素体,综合摩擦学性能最佳;密度与含油铁基材料的摩擦学性能有密切关系,有一最佳的密度选择范围。     

石墨烯增强钛基复合材料制备工艺与性能研究

以多层石墨烯为增强体,通过熔炼锻造(MF)和粉末冶金(PM) 2种工艺分别制备出规格为Φ10 mm的石墨烯增强钛基复合材料棒材。石墨烯在凝固过程中以TiC枝晶形态析出,变形后呈细小颗粒,其中Ti和C原子比约为2∶1。石墨烯和球形钛粉经过机械合金化和变形加工,在基体中反应形成薄片层。MF工艺对应的棒材拉伸强度可达476 MPa,延伸率保持在28%; PM工艺对应的棒材拉伸强度可达487 MPa,延伸率保持在30%。PM工艺可形成尺寸较小的薄片状石墨烯增强体,强化作用提升,同时塑性没有显著下降。     

微织构对铜基自润滑复合材料摩擦磨损性能的影响

目的 针对活塞环在高温高压、循环往复的惯性力等工况下与气缸极易磨损的问题,以栓盘模型为试验对象,研究圆形微织构对铜基自润滑复合材料的摩擦磨损性能,以期提高两者的耐磨损性能。明确微织构在不同工况下与复合材料摩擦磨损行为之间的联系,建立表面微织构设计准则。方法 采用CT-MF20型光纤雕刻激光打标机在45#钢表面加工制备出直径为0.2 mm的圆形微织构,并通过栓-盘形式在HT-1000型摩擦磨损试验机上对圆形织构化45#钢进行摩擦性能试验,考察圆形微织构在不同载荷(2、10、20 N)及不同滑动距离(1.88 m和18.84 m)下的摩擦磨损情况,而且借助扫描电子显微镜(SEM)分析摩擦表面的显微结构和形貌,通过能谱仪(EDS)结果分析摩擦表面元素积累情况。此外,为了与之形成对比每组均设有无织构的45#钢试验。结果 在摩擦试验中,载荷为20 N、滑动距离为18.84 m时圆形织构的摩擦磨损性能最优,平均摩擦因数降幅随着滑动距离的增加从11%增加到23.5%,同时栓和盘表面形貌磨损也明显比其他条件的试件要小。在EDS结果中发现圆形织构表面的氧元素更多,集中分布在织构里。结论 当载荷为20 N、滑动距离为18.84 m时,圆形织构的减摩效果最好,摩擦因数稳定,栓盘磨损表面变得光滑,这归因于圆形织构盘表面棘轮效应明显,并形成连续稳定的转移润滑膜,从而减小磨损。     

CuSn-P—Mo—C系烧结轴承材料性能的研究

采用粉末冶金方法制备了CuSn-P—Mo-C系烧结轴承材料，研究了压坯密度和Mo的加入量对材料性能的影响。结果表明：CuSn—P-Mo—C系烧结轴承材料中，Mo以颗粒状弥散分布在锡青铜基体上，适量的Mo可使材料的压溃强度提高，并具有较低的摩擦系数和磨损量，但随着Mo含量的增加，易产生Mo颗粒团聚，使材料性能下降；Mo含量相同的条件下，压坯密度较低，孔隙集中在试样的中间部位，而压坯密度过高，容易发生供油不足，故其应控制在合理的范围内。本实验条件下，Mo含量为2％，压坯密度在6．50～6．55s／cm3时，CuSn．P—Mo．C系烧结轴承材料性能最佳。     

填料粒度对汽车制动摩擦材料性能的影响

目的研究填料粒度对树脂基汽车制动摩擦材料性能的影响。方法选取硅酸锆、氧化铝、石墨和蛭石作为填料,树脂基摩擦材料采用热压成型法制成,在X-DM摩擦试验机上进行摩擦磨损试验。采用正交试验法,对填料粒度不同的树脂基摩擦材料的摩擦因数标准差和高温磨损率进行极差分析,以获得填料粒度组合最佳的摩擦材料配方。采用扫描电子显微镜对该材料和未经过粒度优化材料在不同温度下的磨损表面形貌进行对比分析。结果随着硅酸锆和氧化铝颗粒尺寸的增大,摩擦因数和高温磨损率均增大,但硅酸锆和氧化铝颗粒尺寸过大或过小都会造成摩擦因数的稳定性变差;石墨粒度变化对摩擦因数的稳定性影响不大,随着石墨颗粒尺寸的增大,高温磨损率减小;随着蛭石颗粒尺寸的增大,摩擦因数的稳定性变差,且高温磨损率增大。结论硅酸锆和氧化铝粒度在320~400目之间,石墨粒度在100~200目之间,蛭石颗粒尺寸小于80目为最佳的粒度组合,制成的摩擦材料的摩擦磨损性能最佳,试样的摩擦因数稳定,高温磨损率较低,抗热衰退性能好。     

ZnO_p/Cu复合材料的制备工艺与物理性能的研究

采用粉末冶金法制备含不同质量分数ZnO的铜基复合材料,并对材料的密度、硬度和电导率进行考察.结果表明,与相同工艺制备的紫铜相比,复合材料的硬度有很大程度的提高,而电导率降低不明显.随着ZnO质量分数的增加,材料的密度和电导率都呈下降趋势,而硬度先增大后减小.当ZnO含量为10%时,复合材料具有最好的综合性能,密度达98%以上,HV硬度、电导率分别达980 MPa和41.5 MS/m.     

氧化石墨烯对树脂基摩擦材料性能的影响

目的 提高树脂基摩擦材料和对偶件刹车盘的摩擦磨损性能.方法 采用摩擦材料预混料装置,结合犁耙式混料机,将氧化石墨烯(GO)均匀分散到酚醛树脂基制动摩擦材料中.对材料进行物理性能和力学性能测试,采用LINK2900惯量台架试验机进行摩擦磨损研究,采用SEM和EDS进行摩擦界面微观形貌和成分分析.结果 当GO体积分数从0增加到1.00％时,摩擦材料的比热容、摩擦界面切向热导率和剪切模量显著增大,摩擦材料的弹性模量减小.确定了GO的最佳体积分数为0.75％,此体积分数下,名义摩擦系数和一衰系数达到最大,分别为0.437和0.363,摩擦材料和对偶件刹车盘的耐磨性最佳.相比未添加GO配方,摩擦材料的磨损量减小13.70％,对偶件刹车盘的磨损量减小12.32％.结论 适宜体积分数的GO提高了基体树脂的热结构稳定性、耐热性和系数稳定性,摩擦材料和对偶件刹车盘表面发生材料转移形成摩擦层,有效改善了摩擦材料表面裂纹和对偶盘表面孔洞.GO改变了摩擦片和盘之间的热流分配以及垂向传导散热和切向对流散热比例,可有效提高摩擦材料和对偶件的摩擦磨损性能.     

石墨烯纳米片对多孔PI复合材料含油性能及摩擦学性能的影响∗

多孔聚酰亚胺(PI)应用广泛,但其摩擦磨损特性有待进一步提升。 采用石墨烯纳米片(GNS)为改性剂,制备多孔 PI 复合材料,系统研究 GNS 填充剂对多孔 PI 材料的冲击性能、含油性能和摩擦学性能的影响,探究 GNS、PI 和润滑油三者的协调润滑机制。 结果表明:添加一定量的 GNS 可以提高多孔 PI 材料的含油率和含油保持率。 加入 GNS 填料后,复合材料的孔径和孔隙率均有所增大,使复合材料对油液的吸附力更强,提高了其贮油能力。 复合材料的冲击强度随着 GNS 含量的变化为先升高后降低,少量的 GNS 分散在基体中,可以起到增韧的结果,而大量的 GNS 削弱了 PI 颗粒之间的结合性,且容易团聚导致界面结合性变差。 添加 0. 5% GNS 时,多孔 PI 复合材料表现出最佳的摩擦学性能,相比纯 PI,摩擦因数降低了 37. 2%,磨痕宽度减小了 26. 5%。 适量的 GNS 可以进一步提高材料的含油性能和摩擦性能。     

氨基化氟化石墨烯增强热塑性聚氨酯的制备与性能研究

目的 制备氨基化氟化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料,进一步提升热塑性聚氨酯(TPU)的综合性能。方法 通过亲核取代反应将尿素分子修饰在氟化石墨烯(FG)表面,得到氨基化氟化石墨烯(AFG)。将AFG作为填料与TPU复合,得到不同质量浓度的氨基化氟化石墨烯/热塑性聚氨酯(AFG/TPU)复合薄膜。通过SEM、TEM、AFM、XPS、XRD、Raman对FG、AFG粉末和AFG/TPU复合薄膜进行表征,使用万能材料试验机、多功能摩擦磨损试验机对AFG/TPU复合薄膜进行力学、摩擦学性能测试。结果 经过尿素分子与FG表面的C—F亲核取代反应,得到表面氨基化的AFG,使AFG片层表面不仅有大量的氟元素,而且有能与TPU分子链形成氢键作用力的氨基官能团,从而保证了AFG可均匀分散于TPU基体中。3.25-AFG/TPU复合材料的拉伸强度为5.97 MPa,较3.25-FG/TPU复合薄膜的拉伸强度(4.37 MPa)增加了36.6%,较纯TPU的拉伸强度(2.51 MPa)增加了137.8%。纯TPU磨损体积为0.56 mm³,3.25-FG/TPU复合材料的磨损体积为0.42 mm³,较纯TPU减小了25%;3.25-AFG/TPU复合材料的磨损体积为0.18 mm³,较纯TPU减小了67.8%。3.25-AFG/TPU复合薄膜的磨损率为1.67×10^–2 mm³/(N.m),较TPU的磨损率(5.18×10^–2 mm³.N^–1.m^–1)降低了67.8%。结论 当FG和AFG分别作为纳米填料时,发现3.25-AFG/TPU力学性能和摩擦学性能均优于3.25-FG/TPU,这是因为AFG不仅保持了FG良好的分散性,使得其可以均匀分散在TPU基体中,而且表面氨基更赋予了AFG与TPU分子链形成氢键作用力的能力,使得拉伸应力和摩擦剪切力可以通过TPU分子链传递到AFG纳米材料表面,最终有效增强了TPU的抗拉伸强度和耐磨损性能。复合材料拉伸断面的微观形貌分析表明,应力可以从TPU分子链传递到AFG表面,AFG起到了分散应力的作用。磨损表面分析表明,TPU和AFG/TPU复合薄膜的磨损机制主要为疲劳磨损。因此,AFG增强AFG与TPU界面的相互作用,最终增强了TPU的力学性能和摩擦学性能。