镀TiC金刚石/铝复合材料的界面及热膨胀性能

采用气压浸渗法制备高体积分数的镀TiC金刚石/铝复合材料,通过SEM和EDS等手段对复合材料的断口形貌进行分析,并研究TiC镀层对复合材料界面和热膨胀性能的影响。结果表明:TiC镀层改善金刚石颗粒与铝合金基体之间的选择性粘结现象,断裂方式以基体断裂为主。部分TiC会被氧化成TiO2并与铝合金基体反应生成Al2O3,从而实现金刚石颗粒与铝合金基体之间良好的界面结合;TiC镀层有效地降低复合材料的热膨胀系数(CTE),增强复合材料热膨胀性能的稳定性。在体积分数相同的情况下,CTE随金刚石颗粒尺寸的减小而减小。     

金刚石/碳化硅/铝复合材料的热膨胀性能

采用气压浸渗法制备金刚石/碳化硅/铝复合材料,研究复合材料的断口形貌以及界面反应,测试复合材料的热膨胀性能。结果表明:金刚石表面Ti镀层使得其选择性粘附不同于未镀钛金刚石的,而在各个面上均粘附有Al,金刚石与基体间有着良好的界面结合,断裂方式以基体断裂为主,其界面反应后,Ti以Al3Ti和Ti-Al-Si等金属间化合物的形式析出,提高金刚石/铝界面的结合强度,降低复合材料的热膨胀系数;随着金刚石颗粒粒径的增大,金刚石和碳化硅颗粒间粒径比的增大增加了整个复合材料的体积分数,从而降低了其热膨胀系数;金刚石颗粒粒径增大导致热膨胀系数升高。这两方面共同影响复合材料的热膨胀系数,但前者起主导作用;金刚石和碳化硅在不同配比下的热膨胀系数随着复合材料中碳化硅含量的增加逐渐增大,Terner模型与Kerner模型的计算平均值能较好地预测实验结果。     

钛镀层对金刚石/铝导热复合材料的显微组织与热学性能的影响

采用高温盐浴法对金刚石表面进行镀钛处理来改善金刚石和铝基之间的界面结合,镀钛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金刚石/铝复合材料,研究了金刚石表面镀钛对复合材料显微组织、热膨胀系数和热导率的影响。结果表明:金刚石表面的钛镀层改善了金刚石各晶面与铝基体的结合状态,增加了金刚石和铝之间的界面结合强度;当铝基体在镀钛金刚石颗粒形成的骨架结构中膨胀时,可以被骨架很好的约束,从而降低了复合材料的热膨胀系数;金刚石表面钛镀层减少了复合材料的孔洞,增加了致密度,从而提高了复合材料的热导率。     

电子封装用金刚石/铝复合材料的显微组织与热膨胀性能

在金刚石表面镀钛改善金刚石与铝合金之间的界面结合,并用气压浸渗工艺制备镀钛金刚石颗粒增强铝基复合材料。对复合材料的显微组织进行了研究,测试了复合材料的热膨胀系数。结果表明,镀钛金刚石颗粒与铝合金基体之间界面结合良好,材料的断裂以基体断裂为主,同时存在一定量的界面断裂;选用形貌规则的金刚石有利于提高复合材料中金刚石的体积分数,从而降低复合材料的热膨胀系数。     

镀层厚度对镀钛金刚石/铝复合材料热导率的影响

通过在金刚石表面镀钛来改善金刚石和铝基体之间的弱界面结合,并用气压浸渗法制备体积分数为60%的镀钛金刚石/铝复合材料。研究镀钛后金刚石颗粒的物相组成、不同镀层厚度和不同颗粒尺寸下复合材料的热导率;用H-J和DEM模型预测复合材料的热导率,并将预测结果与实验值进行对比。结果表明,镀钛后金刚石颗粒的物相由金刚石、碳化钛和钛三相组成;随着镀层厚度的增加,界面传热系数减小,复合材料的热导率减小;颗粒的尺寸越小,这种变化趋势越明显;相对于H-J模型,DEM模型更能准确地预测镀钛金刚石增强的复合材料的热导率;通过计算得出镀钛金刚石/铝复合材料的临界镀层厚度为1.5μm,当超过此临界镀层厚度时,镀层反而不利于复合材料热导率的提高。     

颗粒镀层对银/金刚石复合材料导热性能的影响

作为新一代热管理材料,金刚石-银基复合材料(Ag/diamond)有望满足高端军用或航空航天电子设备的应用。采用盐浴镀对金刚石颗粒进行表面镀TiC,通过真空热压烧结制备复合材料,主要探讨金刚石颗粒镀层对复合材料导热性能的影响。实验结果表明:金刚石经过镀TiC处理后,TiC镀层明显改善了颗粒-基体的界面结合,所得复合材料的热导率远远高于未镀层复合材料的热导率。通过理论模型分析表明:TiC镀层后Ag/diamond复合材料的界面热阻降低至5×10-7(m2·K)/W,大大提高了界面的热传导性能。     

液固分离法制备金刚石/铝封装材料的组织与性能

采用高性价比液固分离法(LSS)制备高性能金刚石/铝散热基板,研究金刚石镀铜对复合材料界面结合和导热性能的影响,利用SEM、EMPA、XRD分析复合材料的断口形貌及界面行为。结果表明:镀层元素向基体扩散与基体铝形成Al_2Cu_4化合物,中间相增强两相界面结合,改善材料性能。金刚石镀铜处理后,复合材料致密度提高1.16%,热导率提高9.50%,抗拉强度提高17.39%,复合材料的热物理性能优于CE13合金的。用Maxwell、Kerner理论模拟预测热导率(TC)、热膨胀系数(CTE)与实际测量结果相一致。     

SiC_p表面化学镀Cu对Al基复合材料组织和性能的影响

采用化学镀覆的方法对SiC_p表面进行镀Cu处理,以2024铝合金为基体,通过直热法粉末触变成形工艺制备了SiC_p体积分数为60%的Al基复合材料,研究了Cu镀层对复合材料显微组织、相组成、断裂行为、抗弯强度和热膨胀系数的影响。研究发现,SiC_p经过镀Cu处理后,复合材料的组织由AlCu、Al_2Cu为主的金属间化合物组成,对复合材料的性质和性能产生了较大影响。新相AlCu、Al_2Cu的出现,显著降低了复合材料的热膨胀系数。与未镀Cu的SiC_p/2024Al复合材料相比,镀Cu后复合材料的致密度为99.15%,提高了1.57%;热膨胀系数为5.73×10~(-6) K~(-1),降低了32.4%;抗弯强度为283 MPa,降低了10.2%。     

热处理对高体积分数SiCp/Cu热膨胀性能的影响

采用挤压铸造法制备了SiC颗粒体积分数分别为50%、55%和60%的SiCp/Cu复合材料,并分析测试了体积分数和热处理状态对复合材料热膨胀性能的影响规律。显微组织观察表明:复合材料的组织致密,SiC颗粒分布均匀。热膨胀性能测试表明:铸态复合材料的平均线热膨胀系数(20～100℃)介于8.8～9.9×10-6/℃之间,且随SiC含量的增加而降低,实验值与Kerner模型预测值相符。退火处理可以减小基体中的热残余应力,有助于降低复合材料的热膨胀系数,退火态复合材料的热膨胀系数实验值与Turner模型预测值相符。     

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。     

热处理对金刚石/2024Al复合材料微观组织和热物理性能的影响

采用挤压铸造法制备粒径为5μm、体积分数为50%的金刚石/2024Al 复合材料。退火处理后对其金相组织界面反应、界面结合情况以及金刚石颗粒的内部缺陷进行观察与分析,并对其热物理性能进行测试与研究。结果表明,金刚石/2024Al 复合材料的组织致密,无明显的气孔、夹杂等缺陷;颗粒为不规则多边形,有棱角,分布比较均匀。透射电镜观察表明,部分金刚石颗粒内部有位错和层错存在,而2024Al 基体中的位错密度较大,金刚石/2024Al界面处有较多的界面反应物生成,可能为Al2Cu。复合材料在20~100°C温度区间内的平均热膨胀系数为8.5×10-6°C-1,退火处理的复合材料其热膨胀系数有一定程度的降低;随着温度的升高,复合材料的平均热膨胀系数也呈现增加的趋势。复合材料的热导率约为100 W/（m·K）,退火处理能够提高复合材料的热导率。     

Effect of powder mixing process on the microstructure and thermal conductivity of Al/diamond composites fabricated by spark plasma sintering

Two powder mixing processes, mechanical mixing (MM) and mechanical alloying (MA), were used to prepare mixed Al/diamond powders, which were subsequently consolidated using spark plasma sintering (SPS) to produce bulk Al/diamond composites. The effects of the powder mixing process on the morphologies of the mixed powders, the microstructure and the thermal conductivity of the composites were investigated. The results show that the powder mixing process can significantly affect the microstructure and the thermal conductivity of the composites. Agglomerations of the particles occurred in mixed powders using MM for 30 min, which led to high pore content and weak interfacial bonding in the composites and resulted in low relative density and low thermal conductivity for the composites. Mixed powders of homogeneous distribution of diamond particles could be obtained using MA for 10 min and MM for 2 h. The composite prepared through MA indicated a high relative density but low thermal conductivity due to its defects, such as damaged particles, Fe impurity, and local interfacial debonding, which were mainly introduced in the MA process. In contrast, the composite made by MM for 2 h demonstrated high relative density and an excellent thermal conductivity of 325 W·m-1·K-1, owing to its having few defects and strong interfacial bonding.     

Si含量对Si/Al复合材料组织及性能的影响(英文)

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备不同Si含量的电子封装用Si/Al复合材料,测试复合材料的性能,包括密度、热导率、热膨胀系数及弯曲强度;进行成分及断口分析,研究Si含量对Si/Al复合材料微观组织及热、力学性能的影响规律。结果表明:Si/Al复合材料由Si、Al组成,Al均匀分布于Si晶粒之间;随着Si含量的降低,Si/Al复合材料的相对密度不断增大,当Si含量为50%(体积分数)时,复合材料的相对密度达到98.0%;复合材料的热导率、热膨胀系数及弯曲强度均随着Si含量的增加而减小,当Si含量为60%(体积分数)时,复合材料具有最佳的热导率、热膨胀系数及强度匹配。     

WC_p/2024Al复合材料热学性能研究

利用粉末冶金法制备了WC颗粒体积分数分别为8%、11.8%、16.7%的WCp/2024Al复合材料,采用扫描电子显微镜、热膨胀分析仪、热导率测试仪等多种手段研究不同WC体积分数、挤压比和热处理对复合材料热膨胀系数（CTE）、热导率和微观结构的影响。结果表明：复合材料的热膨胀系数随WC体积分数的增大而明显降低,随挤压比的增大而提高,经过T4态热处理后,复合材料内应力的降低和第三相的析出导致其热膨胀系数降低,热膨胀系数的实测值与kermer模型的计算值相近。复合材料的热导率随WC体积分数的增大而降低。     

放电等离子烧结法制备Cu/金刚石复合材料的性能与显微组织

由于具备较高的热导率,铜/金刚石复合材料已成为应用于电子封装领域的新一代热管理材料。采用放电等离子烧结工艺（SPS）成功制备含不同金刚石体积分数的Cu/金刚石复合材料,研究复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率（TC）随金刚石体积分数（50%、60%和70%）和烧结温度的变化规律。结果表明：随着金刚石体积分数的降低,复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率均升高;随着烧结温度的提高,复合材料的相对密度和热导率不断提高。复合材料的热导率受到金刚石体积分数、微观结构均匀性和复合材料相对密度的综合影响。     

Thermal properties of diamond/Al composites by pressure infiltration: comparison between methods of coating Ti onto diamond surfaces and adding Si into Al matrix

This study was pertained to the effects of Ti coating on diamond surfaces and Si addition into Al matrix on the thermal conductivity(TC) and the coefficient of thermal expansion(CTE) of diamond/Al composites by pressure infiltration.The fracture surfaces,interface microstructures by metal electro-etching and interfacial thermal conductance of the composites prepared by two methods were compared.The results reveal that Ti coating on diamond surfaces and only12.2 wt% Si addition into Al matrix could both improve the interfacial bonding and increase the TCs of the composites.But the Ti coating layer introduces more interfacial thermal barrier at the diamond/Al interface compared to adding 12.2 wt% Si into Al matrix.The diamond/Al composite with 12.2 wt% Si addition exhibits maximum TC of 534 W·m~(-1)·K~(-1)and a very low CTE of 8.9×10~(-6)K~(-1),while the coating Ti-diamond/Al composite has a TC of 514 W·m~(-1)·K~(-1)and a CTE of 11.0×10~(-6)K~(-1).     

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。      

Enhanced mechanical properties in Al/diamond composites by Si addition

Diamond particles reinforced aluminum–silicon matrix composites,abbreviated as Al(Si)/diamond composites,were fabricated by squeeze casting.The effect of Si content on the microstructure and mechanical properties of the composites were investigated.The mechanical properties are found to increase monotonically with Si content increasing up to 7.0 wt%.The Al-7.0 wt% Si/diamond composite exhibits tensile strength of 78 MPa,bending strength of 230 MPa,and compressive strength of426 MPa.Al–Si eutectic phases are shown to connect with Al matrix and diamond particles tightly,which is responsible for the enhancement of mechanical properties in the Al(Si)/diamond composites.