晶格氧对氮化硅陶瓷热导率影响的研究进展

随着集成电路和半导体行业的快速发展,具有优异机械性能和热物理性能的氮化硅陶瓷成为芯片基板的重要候选材料。然而商业氮化硅陶瓷的致密度及热导率较低,因此,研发高质量、低成本的制造工艺是当前的研究热点。本文以晶格氧含量对氮化硅陶瓷热导率的影响为分类依据,分别概述了原材料、烧结助剂、烧结工艺等对降低晶格氧含量、提高氮化硅陶瓷热导率的国内外研究现状。引入碳作为烧结助剂可还原晶体中的氧元素提高热导率,这种方法成本低,对原材料要求不高,有望成为工业化生产高热导率氮化硅陶瓷的方法。     

晶种对自增韧氮化硅陶瓷热导率的影响

将制备的β-Si3N4晶种(添加剂为Yb2O3)加入到α-Si3N4起始原料中,经热压烧结获得试样.在相同的烧结条件下,与未添加晶种时的氮化硅相比,加入8%的晶种后氮化硅的热导率在各温度点高出3 W.m-1.K-1～5 W.m-1.K-1.随着温度的升高,两者的热导率均明显降低.当温度从室温升至1 200℃时,未添加晶种的氮化硅的热导率从36.2W.m-1.K-1下降到7.74 W.m-1.K-1;添加了晶种的氮化硅热导率从40.1 W.m-1.K-1下降到10.4 W.m-1.K-1.同时,利用XRD和SEM分别对热压试样的相组成和显微结构进行了分析.     

含稀土助烧剂氮化硅陶瓷的热导率、强度及电学性能

高热导率氮化硅陶瓷作为基板材料有着广泛的应用前景.如何在尽可能保持氮化硅陶瓷机械性能的前提下,提高其热导率是其实际应用的关键,而选择适当的烧结助剂是提高热导率的一个重要途径.本文研究了稀土氧化物种类及CaO、MgO烧结助剂对氮化硅陶瓷的热导率及电学和机械性能的影响,分别采用Y2O3-MgO,Y2O3-CaO,CeO2-MgO,CeO2-CaO,La2O3-MgO和La2O3-CaO 6种烧结助剂,采用放电等离子烧结后热处理的工艺制备氮化硅陶瓷.研究结果表明:氮化硅陶瓷的热导率随着烧结助剂稀土元素阳离子半径的增大有减小的趋势;与添加MgO助烧结相比,添加CaO助烧结不利于氮化硅柱状晶的生长,热导率及强度普遍较低,但硬度较高.采用Y2O3-MgO助烧剂和适当的烧结工艺,可以得到热导率高于80 W/m·K、抗弯强度大于1000 MPa、体电阻率大于1×1013Ωm、介电常数小于10、介电损耗小于3×10-3的氮化硅陶瓷.     

烧结方法对AlN陶瓷微观形貌及热导率的影响

采用真空烧结、N2保护无压烧结、放电等离子烧结等方法对AlN粉末进行烧结,研究烧结方法对粉体烧结行为以及产物物相组成、微观形貌及热导率的影响。结果表明:真空烧结会显著降低AlN材料的脱氮分解温度,无法实现其致密化;而通过N2保护无压烧结和放电等离子烧结的方法均能得到结构致密、热导率较高的AlN陶瓷,其中后者的烧结温度更低、制得陶瓷样品的致密度和热导率更高,在1650℃保温10min即可烧结得到热导率为121.5W·m-1·K-1的AlN陶瓷。     

喷丸强度对FGH4113A高温合金微观组织的影响及定量表征

镍基粉末高温合金涡轮盘长期在高温高应力条件下服役,对其综合力学性能有着严苛的要求,而表面形貌与微观组织对盘件性能有着至关重要的影响,通常需进行表面喷丸强化处理。基于此,本工作系统性地研究了不同喷丸强度下FGH4113A合金的表面和亚表层微观组织及变形情况,并探究了两者的定量关系。结果表明：经过喷丸处理后,合金亚表面产生位错塞积,诱发晶粒内形成变形孪晶,并且变形孪晶数量随喷丸强度的增大而增大。另外,喷丸强化引入的位错使变形层存在大量的小角晶界,从而发生晶粒细化提升了合金硬化效果。随着喷丸强度的增大,合金表面粗糙度、表面残余压应力、硬化层厚度以及表面显微硬度等特征呈现出不断增大的趋势。这些研究结果可为实际生产过程中喷丸强化参数的调控提供一定的数据支撑。     

电磁振荡强度对半连铸7075铝合金微观组织的影响

在 70 75铝合金半连铸过程中 ,通过同时施加一个稳恒磁场和一个交变磁场 ,使金属熔体产生受迫振荡的方法。实验研究了电磁振荡强度对晶粒细化的影响规律。结果表明 :电磁振荡法获得的铝合金晶粒尺寸较CREM法的小 ,且随着电磁振荡强度的增加 ,铸锭微观组织变得更加细小和均匀。对在电磁振荡作用下 ,合金凝固组织的细化机理进行了探讨。     

Cu含量对钛基钎料的微观组织及抗剪强度的影响

在基体钎料Ti-20Ni上添加不同含量Cu形成Ti Ni Cu三元合金,利用X射线衍射分析仪、JSM-5610LV扫描电镜及能谱分析以及AG-1250KN万能试验机研究测定Cu含量对Ti-20Ni微观组织及钎焊接头抗剪强度的影响。结果表明:在基体钎料Ti-20Ni上添加Cu可以细化组织,显著提高Ti-20Ni抗剪强度。Ti20Ni10Cu的抗剪强度较Ti20Ni5Cu提高了23.7%,其抗剪强度达到218.55 MPa。     

热循环对QFP焊点强度及其微观组织影响规律的数值模拟

采用有限元方法研究了QFP器件在25～125℃温度循环条件下的热疲劳寿命,试验结果186次与理论计算结果213次基本吻合.焊点强度试验以及断口SEM分析,初步揭示了热循环对QFP焊点抗拉强度及焊点组织的影响规律.结果表明,裂纹在焊点内侧钎料与焊盘界面处产生.随着热循环次数的增加,焊点抗拉强度逐渐降低;对断口形貌的SEM分析发现,热循环前的焊点为韧性断裂.随着热循环次数的增加,晶粒粗化,韧窝变大,经过120次热循环后的焊点断裂方式主要为脆性断裂,经过186次热循环后的焊点为完全脆性断裂.     

拉拔变形量对Al-Mg-Si合金线微观组织和强度的影响

研究了 Al-Mg-Si合金线的强度和微观组织结构与拉拔变形量的关系,分析了 Al-Mg-Si合金线的强化机制.结果表明:Al-Mg-Si合金线强度随变形量的增大呈现两阶段特征,第一阶段为变形量小于55.3％时,Al-Mg-Si合金线强度随着变形量的增大而缓慢增加,第二阶段为变形量超过55.3％时,Al-Mg-Si合金...     

成份及微观结构对涂层硬度及粘结强度的影响

测定了物理化学气相沉积(PCVD)Ti(C,N)-TiN 涂层和化学气相沉积(CVD)Ti(C,N)-TiN 涂层的显微硬度(Hv)和粘结强度(E_b)。采用 X 射线衍射实验、扫描电子显微术以及 X 射线光电子谱分析了 PCVD 与 CVD 涂层部分力学性能间差别的原因。指出涂层择优取向及物相组成是影响涂层硬度的重要因素;涂层-基体粘结强度与沉积工艺、界面上新相和孔隙的存在密切相关。     

稀土对铝合金微观组织的影响

研究了添加RE（富铈混合稀土）元素对细晶铝锭及细晶铝锭制造的A356、3003铝合金显微组织的影响。结果发现，RE在铝合金中形成何种化舍物，既与铝合金中所含元素的种类有关，又与RE含量有关；在细晶铝锭中，RE与Fe的交互作用较强，与Si的作用较弱，生成Al-Fe-RE化舍物，但当RE含量超过0．3％时，除形成Al-Fe-RE化舍物外，还形成AlCe3、Al2La；在含硅量较高的T5处理的A356铝合金中，0．3％RE与Mg、Fe的交互作用较弱，与Si的交互作用较强，Ce、La与Si形成CeSi、La5Si3，Mg与Si主要形成Mg2Si；而在含Fe、Mn较高的3003铝合金中，0．3％RE主要生成Al3Ce、LaSi、CeSi2等化舍物，而与Fe、Mn的作用较弱。     

热处理次数对16MnR钢焊接接头强度和微观组织的影响

对16MnR钢焊接接头进行多次热处理,研究热处理次数对接头强度和微观组织的影响。结果表明,热处理次数对接头抗拉强度影响不大。16MnR钢焊接接头焊缝金属在经过两次以上热处理之后,母材微观组织基本没变,依然是铁素体+带状珠光体。焊缝金属、热影响区中的微观组织基本没有变化,但热影响区组织晶粒略有长大趋势。     

不同铸型对钛合金微观组织及力学性能的影响

为了研究陶瓷和石墨铸型对ZTC4钛合金微观组织机理的影响,采用数值模拟与实验分析相结合的方法,研究了2种铸型的试样在凝固传热过程中的冷却速度、凝固速度、凝固时间对微观组织和力学性能影响。结果表明:与陶瓷型试样相比,石墨型的散热效果好、冷却速度快、凝固速度高,且石墨型的冷却速度提高了52.04%,使得微观组织为急冷生成的细小板条马氏体α,晶粒较小、取向较多、凝固厚度大,导致力学性能中的屈服强度、抗拉强度、硬度分别提高了6.7%、2.6%和4.2%,但伸长率和断面收缩率分别降低了11.62%和34.5%。同时同种铸型的不同位置对冷却速度快慢的影响依次为:中间底部顶部。     

活性剂对焊缝熔深及微观组织的影响

研究了SiO2、CaF2、TiO2、Cr2O3和NaF五种单一成分活性剂及SiO2与Cr2O3混合活性剂对低合金高强钢TIG焊焊缝组织及熔深的影响。结果表明:与传统的TIG焊相比,活性剂能不同程度的提高焊缝熔深,涂敷Cr2O3、Cr2O3+SiO2活性剂的焊缝熔深是未涂活性剂焊缝的2倍以上。SiO2与Cr2O3混合活性剂不仅能提高熔深,而且对焊缝组织有明显的改善作用,使焊缝中细小的针状铁素体数量增加。该混合活性剂对针状铁素体形成的作用,可能与活性剂的涂敷会促进焊缝中锰、铬和硅的氧化物形成、降低针状铁素体的形核功有关。     

硅对铁素体耐热钢微观组织及力学性能的影响

利用拉伸试验、硬度测试及金相观察、扫描电子显微镜-能谱分析及透射电子显微镜等表征技术,系统研究了硅含量对18Cr-Al-xSi(x=0.33,0.90,质量分数,%)铁素体耐热钢微观组织及力学性能的影响。结果表明：试验钢中硅含量的增加会促使热轧态组织发生再结晶,而经过退火处理后,硅含量的增加会引起铁素体晶粒粗化。试验钢中主要析出物为M₂₃C₆碳化物,且随着硅含量的增加,碳化物数量增多、尺寸增大。硅含量的增加导致试验钢的屈服强度、抗拉强度和硬度均降低,断后伸长率升高。铁素体晶粒及碳化物尺寸的增大是试验钢强度和硬度降低的主要原因;两种硅含量不同的试验钢的拉伸断口均主要由解理平台和撕裂棱组成,部分区域可观察到少量韧窝,其断裂模式均为韧-脆混合型断裂。     

氮化硅粉添加剂对反应烧结氮化硅的影响

以Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O和Al(OH)3为烧结助剂,在起始原料硅粉中添加等轴状α-Si3N4和纤维状β-Si3N4,通过调整原料配比,采用反应烧结制备了不同气孔率和抗弯强度的氮化硅陶瓷.考察了氮化硅粉体形貌和添加量对多孔氮化硅陶瓷微观组织和力学性能的影响.借助X射线衍射(XRD),扫描电子显微(SEM)和三点弯曲法对氮化硅陶瓷的微观组织和力学性能进行了研究.XRD分析表明适量氮化硅的添加有利于提高硅粉氮化率,但同时抑制了新生成的氮化硅从α相向β相的转变.SEM表明β-Si-N4纤维的添加造成了陶瓷显微结构不均匀,因而导致陶瓷抗弯强度下降.     

微观组织对7075铝合金的屈服强度和抗应力腐蚀性能的影响

利用透射电子显微术研究了7075铝合金在T6,CgS3和T73状态的微观组织,并讨论了组织结构与强度和应力腐蚀抗力(SCR)的关系.结果表明,影响合金性能的主要因素是基体析出相(MPt)的密度、尺寸和类型,在CgS3状态,MPt主要为η′过渡相,其密度约5×10~(16)/cm~3,尺寸5—7nm,合金的强度和SCR综合性能较佳.作者认为这应归因于位错绕过η′粒子的几率增大.     

扩散热处理对TC4/TA1钎焊强度和微观组织的影响

对TC4/TA1异种材料不同扩散热处理参数下的剪切强度和母材组织变化进行了综合分析,结果表明,在钎焊参数不变的情况下,将扩散热处理温度确定为920℃,保温时间控制在1h内,不仅可以保持钎焊缝的较高剪切强度,还可以使母材保持较高的韧性,降低母材发生熔蚀的程度,保证钎焊缝以及母材的综合优良性能.     

焊接速度对7075铝合金搅拌摩擦焊接头强度和微观组织的影响

采用搅拌摩擦焊方法对7075铝合金板进行了焊接实验,探讨了焊接速度对接头强度和微观组织的影响.结果表明,焊速对焊接接头的焊核区、热机影响区及晶界沉淀相均有较大的影响.随着焊速的提高,焊核区的晶粒和沉淀相大小、形状、分布密度均发生较大变化,热机影响区的变形程度和形貌也发生了较大改变.组织和力学性能综合分析表明,选择合理的焊接速度有利于细化焊核区的晶粒组织,改善焊缝成型,提高焊接接头强度.