热压烧结制备石墨/铜复合材料的热性能研究

以天然鳞片石墨粉和纯铜粉为原料,通过真空热压烧结制备高导热石墨/铜复合材料,研究了石墨在复合材料中的排列以及石墨含量对该复合材料热导率和热膨胀系数的影响.结果表明:该复合材料中石墨层片状结构定向排列,x-y向与z向性能有明显各向异性.在烧结温度为900℃,热压压力为80 MPa时,该复合材料热膨胀系数随石墨含量的增加而减小;当石墨含量质量分数在40％以内时,铜与石墨结合紧密,该复合材料致密度达98％以上,x-y向热导率变化不大,z向热导率逐渐减小;当石墨质量分数为40％时,该复合材料x-y向热导率最大,达378W/(m·K).     

热压C-SiC-B4C-TiB2复合材料的组织与力学性能

以磷片石墨Cfg,SiC,B4C和TiO2为原料,热压合成C-SiC-B4C-TiB2复合材料,研究不同Cfg含量和热压温度对复合材料显微组织和力学性能的影响规律.结果表明烧结过程中TiO2与B4C反应原位生成TiB2;复合材料的密度和抗弯强度随着热压温度的升高而增加,却随着Cfg含量的增加而降低,随着热压温度的升高和Cfg含量的增加,复合材料的断裂韧性则提高;在2 000 ℃,25 MPa下热压时,Cfg含量为20%(质量分数)的复合材料其体积密度为2.81 g/cm3,抗弯强度为236.7 MPa,断裂韧性为5.3 Mpa·m1/2,Cfg含量为65%含量的复合材料的体积密度为2.42 g/cm3、抗弯强度为103.6 MPa、断裂韧性为8.1 Mpa·m1/2;复合材料的致密化程度和陶瓷晶粒随热压温度的升高而增大,复合材料中Cfg层状分布结构随Cfg含量的增加更加明显;复合材料中Cfg弱界面分层诱导韧化作用及第二相TiB2和陶瓷基体热膨胀系数不匹配所产生的残余应力导致的裂纹偏转作用是复合材料断裂韧性提高的主要原因.     

热压烧结温度对SiC颗粒增强铝基复合材料微观组织及力学性能的影响

本文在540-640℃温度范闱内,研究了真空热压温度对15%(体积分数)SiCp/2009Al复合材料的微观组织和力学性能的影响.复合材料的致密度随热压温度升高而增加,在580℃达到最大值,高于580℃时下降.TEM界面观察发现:热压温度为540和560℃时复合材料界面结合较弱,界面出现开裂现象;当热压温度为580和6...     

金刚石/铝导热复合材料的显微组织与热力学性能

以高温盐浴法对金刚石表面进行镀硅处理来改善金刚石和铝基之间的界面结合,镀硅后的金刚石颗粒表面略显粗糙,表面的镀层均匀;采用真空热压烧结法制备高导热镀硅金刚石/铝复合材料,研究了烧结温度和金刚石体积分数对复合材料相对密度和热导率的影响。随着金刚石体积分数的增加,复合材料的相对密度和热导均呈现先升后降的趋势,当金刚石体积分数为45%时,复合材料的热导率达到最大,为558 W/mK。     

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。     

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。     

热压工艺对C_f/Al叠层复合材料组织及力学性能的影响

以1060Al箔、HL403铝合金粉和M40单向碳纤维布为原材料,纤维体积分数为22.80%,采用真空热压法制备了C_f/Al叠层复合材料。通过正交试验法研究了热压温度、热压时间和热压压力等工艺参数对复合材料组织和力学性能的影响。结果表明,热压时间对复合材料的抗拉强度影响最为显著,热压温度对复合材料的致密度影响最为显著。1060Al箔与M40单向碳纤维布之间加入HL403铝合金粉,降低了热压温度,减缓了界面反应,同时生成的Al_2Cu相抑制了Al_4C_3脆性相的生成,提高了复合材料的力学性能。当热压温度为510℃,热压时间为180 min,热压压力为15 MPa时,C_f/Al叠层复合材料的基体与纤维结合较好,铝基体层与纤维增强层交替排布,纤维分布均匀。C_f/Al叠层复合材料断裂时有大量纤维被拔出,拉伸断口表现为铝基体层的韧性断裂与纤维增强层的脆性断裂。C_f/Al叠层复合材料的密度为2.492 g/cm~3,致密度为99.80%,抗拉强度为254.75 MPa,抗弯强度为334.97 MPa。     

高温高压烧结金刚石-铜复合材料的研究

采用高温高压烧结工艺制备了金刚石体积分数为80%的金刚石-铜复合材料。研究了金刚石颗粒大小、烧结温度、烧结时间等因素对复合材料成分、界面状态和热导率的影响。结果表明:金刚石颗粒直径为80μm时,在高温高压条件下可获得热导率高达639 W.m-1.K-1的金刚石-铜复合材料。当金刚石体积分数一定时,存在一临界粒径,随金刚石颗粒直径增大复合材料热导率先增大后减小。恰当的烧结温度和时间有助于获得黏结良好的界面和高热导率。     

粉末冶金法制备金刚石/铜复合材料热导率研究

为研制更高热导率的产品,采用粉末冶金法将金刚石与高纯度铜粉热压在一起,制备新型金刚石/铜复合材料。通过正交分析法,研究了金刚石/铜复合材料热导率的影响因素。结果表明:用粉末冶金法制备的金刚石/铜复合材料,其热导率最高为245.89 W/（m·K）。对金刚石/铜复合材料热导率影响最大的因素是金刚石与铜粉的体积比,并且随着体积比的增大,金刚石/铜复合材料热导率逐渐下降。金刚石/铜复合材料的致密度以及界面结合程度是影响金刚石/铜复合材料热导率大小的重要因素,致密度高、界面结合好的复合材料热导率高,反之则低。      

热等静压制备铜金刚石复合材料

利用包套热等静压(HIP)烧结在温度900℃和压力110 MPa下烧结1 h实现了铜金刚石复合材料的制备,并对复合材料的显微结构和热学性能进行了研究。结果表明:该材料中金刚石分布均匀且未发生石墨化。随着金刚石体积分数的增大,复合材料的致密度、热导率与热膨胀系数下降。制得样品中的最高致密度和热导率分别为98.5%和305W/(m·K)~(-1)。和热压烧结(HP)及放电等离子体烧结(SPS)相比,热等静压制得的铜金刚石复合材料的热导率达到相同水平甚至更高。可见,热等静压在制备铜金刚石复合材料上具有很大潜力。     

反应热压制备FeAl/TiC复合材料的研究

采用元素混合粉反应热压工艺制备了FeAl/TiC复合材料。研究了TiC含量、粘结相成分、以及反应热压工艺对致密化过程和力学性能的影响。结果表明,复合材料的密度随TiC含量的增加而减小,硬度和抗弯强度随TiC体积分数的增加而出现峰值,Al含量的增加有利于致密化,但因引入过多的氧化夹杂和热空位而导致力学性能的恶化。热压温度、压力等制度也对材料的制备和性能有一定影响。     

高体积分数铝石墨复合材料的制备研究

研究了鳞片石墨粉制备高体积分数铝石墨复合材料的工艺。利用石蜡作为石墨预制块粘结剂,研究预制块中石墨层面取向,通过压力渗透法沿着石墨层面方向渗入铝液,制备出热物理性能较好的铝石墨复合材料。通过仪器测试得到体积分数为65%铝石墨复合材料的热导率和热膨胀系数分别为511.558W/(m·K)(20℃)和12.973×10-6K-1(50~150℃)。     

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。     

热压烧结法制备W-Cu/AlN复合材料的组织与性能研究（英文）

采用高能球磨技术制备W-30%Cu(质量分数)纳米晶粉体,再通过球磨混粉的方法添加不同质量分数的纳米AlN颗粒,然后采用热压烧结法得到W-30Cu/x%AlN复合材料。研究并比较了纳米AlN的加入对材料组织结构、物理以及力学性能的影响。结果表明,W-30Cu/x%AlN复合材料都有较致密和均匀的组织结构,AlN的添加,细化了烧结体中W颗粒;纳米AlN颗粒的添加提高了复合材料的硬度,但是随着AlN纳米颗粒含量的增加,基体晶界上的增强相颗粒分布过多,而使材料的抗弯强度有所下降;少量纳米AlN颗粒(≤1%)的添加有利于W-Cu复合材料的热导率提高,随AlN添加量的增加,复合材料的电阻率升高,电导率下降。     

Structure and Properties of W-Cu/AlN Composites Prepared via a Hot Press-Sintering Method

采用高能球磨技术制备W-30%Cu（质量分数）纳米晶粉体,再通过球磨混粉的方法添加不同质量分数的纳米AlN颗粒,然后采用热压烧结法得到W-30Cu/x%AlN复合材料。研究并比较了纳米AIN的加入对材料组织结构、物理以及力学性能的影响。结果表明,W-30Cu/x%AlN复合材料都有较致密和均匀的组织结构,AlN的添加,细化了烧结体中W颗粒;纳米AlN颗粒的添加提高了复合材料的硬度,但是随着A1N纳米颗粒含量的增加,基体晶界上的增强相颗粒分布过多,而使材料的抗弯强度有所下降;少量纳米AlN颗粒(≤1%)的添加有利于W-Cu复合材料的热导率提高,随AIN添加量的增加,复合材料的电阻率升高,电导率下降。     

纤维预热温度对2.5D-C_f/Al复合材料致密度和强度的影响

以石墨纤维2.5D织物为增强体,ZL301铝合金为基体,采用真空气压浸渗法制备了碳纤维体积分数为42%的2.5D-C_f/ZL301复合材料,研究了纤维预热温度对复合材料致密度和力学性能的影响。结果表明,随着纤维预热温度的升高,2.5D-C_f/Al复合材料的致密度呈现先增加后减少的趋势;而复合材料室温抗拉强度随纤维预热温度提高而持续下降,这是因界面反应加剧而导致的界面结合过强而导致的复合材料力学性能恶化。     

热压烧结温度对SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料微观结构与力学性能的影响

利用粉末冶金法制备了含15%SiC (体积分数)的SiC/Al-7.5Zn-2.8Mg-1.7Cu (质量分数,%)复合材料,采用TEM、EPMA和拉伸实验等分析测试手段,研究了热压烧结温度(500～560℃)对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,所选热压温度下均可制备致密无孔洞的复合材料坯锭。热压温度为500和520℃时,SiC/Al界面反应程度较轻,挤压棒材经T6热处理后,Zn元素均匀分布于基体中,但存在的少量富Mg微米级难溶相使复合材料的力学性能产生较大波动。当热压温度升高到540℃时,富Mg难溶相尺寸明显减小,元素分布变得更均匀,复合材料力学性能稳定性明显提升。当热压温度继续升高到560℃时,Mg元素开始向SiC颗粒周围偏聚,界面反应更加严重,而且降低了基体中MgZn_2的体积分数,使复合材料抗拉强度明显下降。对560℃热压的复合材料进行高角度环形暗场像和EDS分析,发现SiC/Al界面同时存在含Mg氧化物和粗大的MgZn_2沉淀相。     

多层石墨膜-陶瓷复合材料的制备及其导热性能

采用热压成型工艺成功制备了多层石墨膜-陶瓷复合材料,研究了成型工艺参数,如压力、温度对试样Z轴方向导热性能的影响,以及石墨膜层数对复合材料导热性能的影响。结果表明:当成型压力1 MPa时,陶瓷粘接剂内部会产生裂纹甚至破碎,当成型压力1 MPa时,陶瓷粘接剂不致密,内部有许多微小的孔洞,当成型压力为1 MPa时,试样内部孔隙相对较少,表面较平整;石墨膜-陶瓷复合材料Z轴方向的导热系数随成型温度升高而增大,随石墨膜层数增加而增大,但其抗弯强度随石墨膜层数增加而降低。当石墨膜层数为5层时,多层石墨膜-陶瓷复合材料Z轴方向导热系数能达到6.5 W·m~(-1)·K~(-1),抗弯强度达到15 MPa,可作为热界面材料,替代导热硅胶片。     

镀钼石墨纤维/铜复合材料的微观组织和热性能

以磨碎中间相沥青基石墨纤维和铜粉为原料,采用金属有机化学气相沉积工艺对原料纤维进行镀钼处理,通过真空热压烧结制备镀钼石墨纤维/Cu复合材料,对其微观组织及热性能进行检测和分析。结果表明:纤维在垂直于热压方向的平面上出现择优排布,使得复合材料在二维方向上拥有较高的热导率和较低的热膨胀系数;纤维表面的Mo镀层,烧结过程中部分与纤维反应生成连续的Mo2C层,能有效改善纤维与金属基体的界面结合,进而促进复合材料热性能的改善。当纤维体积分数为35%~55%时,复合材料二维方向的热导率在367~382 W/(m.K)之间,热膨胀系数为4.2×10 6~8.6×10 6K 1,可以很好地满足大功率电子器件对封装材料的散热及匹配性要求。     

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。