放电等离子烧结制备高导热SiC_P/Al电子封装材料

为了满足电子封装材料越来越高的性能要求,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了SiCP/Al复合材料。研究了烧结温度和保温时间等工艺条件对SiCP/Al复合材料组织形貌和性能的影响。结果表明:采用SPS烧结,温度为700℃、保温时间为5 min时,所制备的70 vol%SiCP/Al复合材料热导率达到195.5 W(m.K)-1,与传统15%W-Cu合金相当,是Kovar合金的10倍,但密度小,仅为3.0 g.cm-3;其热膨胀系数为6.8×10-6K-1,与基板材料热膨胀系数接近;抗弯强度为410 MPa,抗拉强度为190 MPa,达到了电子封装材料对热学性能和力学性能的要求。     

Sb/Al/Zn多掺杂Mg2Si热电材料的制备及性能研究

采用放电等离子体烧结技术,制备了Sb/Al/Zn多掺杂Mg_2Si热电材料,利用粉末X射线衍射、霍尔效应和标准四探针电导率研究了Mg_2Si热电材料的电输运特性和热电性能。结果表明,Sb/Al/Zn多掺杂Mg_2Si热电材料具有良好的电输运和热电性能。采用放电等离子体烧结技术在880 K时,Sb0.5%Zn0.5%掺杂Mg_2Si热电材料具有最大热电优值为0.964,与PbTe基热电材料相当。根据电导率(σ)、塞贝克系数(S)和热导率(κ)的温度依赖性计算掺杂Mg_2Si热电材料在300～900 K的热电性能和热电图优值(ZT),同时根据霍尔系数确定掺杂Mg_2Si热电材料的电子浓度(N)。     

球磨时间对P型Bi2Te3基热电材料性能的影响

采用区熔法和机械球磨（MM）与放电等离子烧结（SPS）技术相结合制备P型Bi2Te3基热电材料。在300-423K的温度范围内测试了样品的电导率、Seebeck系数和热导率。系统研究了球磨时间对合金化与热电性能的影响。球磨10h的样品在室温时具有最低的热导率，因此其热电优值高于其它样品，在室温时达到最大值0．995。     

SiCp/Al复合材料的SPS烧结及热物理性能研究

采用纯粉末, 通过SPS烧结制备了组织均匀、致密且体积分数高的SiCp/Al电子封装材料. 通过对SPS烧结现象的研究, 认为该复合材料的SPS烧结过程属于反应性烧结, 大部分收缩在极短时间内完成; 另外对SiC体积分数和SiC颗粒尺寸对热导率、热膨胀系数的影响进行了研究, 发现SiC体积分数越高, 复合材料的热导率和热膨胀系数越低; SiC颗粒粒径增大, 复合材料的热导率增高, 而热膨胀系数减小.     

Zn、Pr共掺In2O3陶瓷材料的高温热电传输性能

利用放电等离子SPS烧结工艺制备得到Zn、Pr共掺的In2O3多晶陶瓷材料。通过研究材料的热电传输性能和微观结构,发现共掺工艺对SPS烧结的In2O3陶瓷材料的传输性能有着显著的影响,其结构为多孔结构。低浓度共掺的样品在测试温度范围内能够得到较高的电导率(约100S/m)和热电势(约200μV/K)。其中试样In1.92(Pr,Zn)0.08O3的热导率973K最低为2.5W/(m.K),该样品可获得最高的热电功率因子3.5×10-4 W/(m.K2),对应其热电优值0.10。其性能表明利用放电等离子SPS烧结工艺制备的In2O3基陶瓷作为n型高温热电材料具有很好的潜力。     

纳米晶Cu-Al合金去合金化制备纳米多孔铜及其力学性能研究

采用高能球磨结合放电等离子烧结技术(SPS)制备了纳米晶Cu-Al合金,进而通过去合金化法获得纳米多孔铜块体材料。研究了合金成分对纳米晶Cu-Al前驱体物相演变、去合金化处理获得的纳米多孔铜微观结构和力学性能的影响。结果表明,当合金中铜含量较低时,纳米晶Cu-Al前驱体由α-Al固溶体和Al_2Cu两相组成;随着铜含量的增加,前驱体中α-Al固溶体相逐渐减少,Al_2Cu相逐渐增加;当铜含量增加到32%时,纳米晶Cu-Al前驱体中仅有Al_2Cu单相。此外,随着铜含量的增加,纳米晶Cu-Al前驱体去合金化处理后,其纳米多孔铜微观结构由微米/纳米双级复合孔逐渐转变为孔径均匀的三维连通纳米孔,并且纳米多孔铜块材的压缩强度逐渐增大。     

聚3, 4-乙烯二氧噻吩: 聚苯乙烯磺酸盐基柔性复合热电材料研究进展

热电材料可以实现热能与电能的直接转化,是一种安全环保的新型能源材料。近年来,随着可穿戴电子设备的发展,柔性热电材料成为研究人员关注的焦点。传统无机热电材料具有优异的热电性能,但由于自身固有的脆性,限制了在柔性领域的发展。聚3, 4-乙烯二氧噻吩: 聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT: PSS)具有高电导率、低热导率和良好的柔性,在柔性热电领域具有巨大的潜力。当选择合适的无机填料与PEDOT: PSS进行复合,可以得到优异的热电性能和良好的力学性能。本文综述了PEDOT: PSS基纳米复合薄膜的最新进展,并详细介绍了提高PEDOT: PSS基纳米复合薄膜热电性能的有效方法。最后,本文总结了实现高性能PEDOT: PSS基柔性热电材料的途径及面对的挑战。      

聚噻吩及其衍生物热电材料研究进展

近来,聚合物热电材料因其成本低、资源丰富、热导率低等优势被认为是最有前途的热电材料之一。聚噻吩及其衍生物是研究较为广泛的一类聚合物热电材料。综述了近年来聚噻吩、聚噻吩衍生物以及聚噻吩基/无机复合热电材料在热电领域的研究进展。已有研究表明,聚噻吩及其衍生物热电材料具有高的Seebeck系数,其See-beck系数与电导率通常是此消彼长的关系。通过制备低维材料,与高电导率的无机纳米材料复合以及适度掺杂等方法可有效提高聚噻吩及其衍生物的热电性能。     

聚对苯撑纳米复合提升ZnO基热电材料性能

以溶胶-凝胶法合成了PPP@Zn_1-xCo_xO纳米复合热电材料(x=0, 0.025), 再以放电等离子烧结制备成块体, 并对其热电性能进行了研究。由透射电镜照片发现, PPP纳米颗粒尺寸在200 nm以下。热电性能分析表明, 随着PPP添加量的增加, 赛贝克系数先增大后减小。电导率随PPP含量增加而大幅度提高。与ZnO块体材料相比, 溶胶-凝胶法合成的PPP@Zn_1-xCo_xO纳米复合热电材料的热导率大幅度降低, 在640 K时, 9wt% PPP的纳米复合热电材料热导率降低至5.4 W/(m·K)。电导率的增加和热导率的降低, 导致热电性能大幅度提高, 9wt%PPP@Zn_0.975Co_0.025O纳米复合热电材料在870 K时具有最大ZT值(0.16), 是Zn_0.975Co_0.025O材料的8倍。     

纳米AlN分散的Bi_(85)Sb_(15)低温热电性能研究

利用机械合金(MA)和放电等离子(SPS)烧结方法,制备出Bi85Sb15/x mol%AlN(x=0,0.1,0.2,0.3)块体材料。在77—300 K温区内,测试了块体材料的电导率、Seebeck系数、霍尔系数和热导率,并由此计算出材料的zT值。结果表明:纳米AlN分散的Bi85Sb15材料,随着AlN含量的增加,样品的迁移率升高,从而明显提高材料的电导率,但Seebeck系数绝对值呈减小趋势。适量的纳米AlN的引入可以形成散射中心,增加对声子的散射作用,降低热导率。当基体Bi85Sb15中加入0.1mol%AlN时,其zT值在250 K取得最大值~0.32,比基体在此温度下的zT值提高了45%。     

Thermomechanical properties of copper–carbon nanofibre composites prepared by spark plasma sintering and hot pressing

Several types of carbon nanofibres (CNF) were coated with a uniform and dense copper layer by electroless copper deposition. The coated fibres were then sintered by two different methods, spark plasma sintering (SPS) and hot pressing (HP). The Cu coating thickness was varied so that different volume fraction of fibres was achieved in the produced composites. In some cases, the CNF were pre-coated with Cr for the improvement the Cu adhesion on CNF. The results show that the dispersion of the CNF into the Cu matrix is independent of the sintering method used. On the contrary, the dispersion is directly related to the efficiency of the Cu coating, which is tightly connected to the CNF type. Overall, strong variations of the thermal conductivity (TC) of the composites were observed (20–200 W/mK) as a function of CNF type, CNF volume fraction and Cr content, while the coefficient of thermal expansion (CTE) in all cases was found to be considerably lower than Cu (9.9–11.3 ppm/K). The results show a good potential for SPS to be used to process this type of materials, since the SPS samples show better properties than HP samples even though they have a higher porosity, in applications where moderate TC and low CTE are required.     

Thermal and electrical properties of FeNi/Cu composites

Abstract

Powder metallurgy FeNi/Cu composites with low thermal expansivity and high electrical (thermal) conductivity were fabricated. The effects of Cu content, FeNi particle size, sintering temperature, and rolling reduction on the coefficient of thermal expansion (CTE) and electrical (thermal) resistivity were investigated. The results show that the CTE and electrical resistivity were affected by the volume fraction of the components, the particular properties of the FeNi alloy, diffusion between the FeNi particles and the Cu particles, and the distribution of the Cu particles and the FeNi particles. The experiments indicated that the FeNi/Cu composites could be used as heat sinks in welding type bolt silicon rectifier tubes.     

机械合金化-放电等离子烧结Al2Cu颗粒增强Al基复合材料的制备

以Al粉和Cu粉为原料,采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)工艺,原位合成了致密的Al₂Cu/Al块体复合材料,着重研究了MA过程中粉末的形貌、尺寸和物相结构的变化以及SPS后复合材料的微观组织和力学性能。结果表明: 在MA过程中,随着MA时间延长,部分Cu原子逐渐固溶于Al原子晶格中,形成均匀过饱和的固溶体Al(Cu);在SPS过程中,Cu从过饱和固溶体中析出并与Al反应形成Al₂Cu颗粒,且弥散分布于Al基体中,形成Al₂Cu/Al复合材料;Al₂Cu/Al复合材料的致密度高达98.7%,室温下的压缩断裂强度为611.3 MPa,延伸率为9.6%,具有良好的力学性能。     

放电等离子烧结制备Diamond/Al复合材料

采用放电等离子烧结法（SPS）制备了Diamond/Al复合材料,研究了金刚石粒径、成分配比、工艺参数等对复合材料的导热性能的影响。结果表明,SPS可以得到导热性能较好的Diamond/Al复合材料,致密度是影响该材料导热性能的最重要因素。在实验确定的金刚石体积分数50%,金刚石粒径70 μm,温度550℃、压力30 MPa的工艺条件下,所制备的材料致密度较高,热导率为182 W/(m·K),比相同条件下纯铝粉烧结体的热导率提高了34.8%,表明金刚石的添加对烧结铝基材料导热性能有明显的改善作用。      

碳纳米管和TiB2混杂增强铜复合材料的电弧侵蚀行为

采用放电等离子烧结（SPS）工艺制备出不同混杂比例碳纳米管（CNTs）和TiB₂混杂增强铜（CNTs-TiB₂/Cu）复合材料,对复合材料致密度、硬度、导电率、导热率和显微组织进行了对比和分析。同时对复合材料进行了电接触试验,研究了不同电流条件下CNTs与TiB₂混杂比例对CNTs-TiB₂/Cu复合材料电弧侵蚀行为的影响。结果表明:随着CNTs与TiB₂混杂比例的增加,CNTs-TiB₂/Cu复合材料的密度、硬度、导电率和导热率逐渐降低,铜基体晶界分离现象越来越明显;在特定电流条件下,合适的CNTs-TiB₂混杂比例可提高CNTs-TiB₂/Cu复合材料的抗电弧侵蚀性能;当电流为5 A和10 A时,CNTs与TiB₂混杂比例为4∶1的平均燃弧能量、平均燃弧时间和材料转移量达到最低,而电流为15 A时,CNTs与TiB₂混杂比例为1∶4的平均燃弧能量、平均燃弧时间和材料转移量达到最低。电弧侵蚀后阴极出现熔池、气孔及熔融金属铺展等特征,且随着CNTs与TiB₂混杂比的增加,CNTs-TiB₂/Cu复合材料熔池面积减小,气孔数量变少,熔融金属铺展的特征减弱。      

Effect of copper content on the thermal conductivity and thermal expansion of Al–Cu/diamond composites

Al–Cu matrix composites reinforced with diamond particles (Al–Cu/diamond composites) have been produced by a squeeze casting method. Cu content added to Al matrix was varied from 0 to 3.0 wt.% to detect the effect on thermal conductivity and thermal expansion behavior of the resultant Al–Cu/diamond composites. The measured thermal conductivity for the Al–Cu/diamond composites increased from 210 to 330 W/m/K with increasing Cu content from 0 to 3.0 wt.%. Accordingly, the coefficient of thermal expansion (CTE) was tailored from 13 × 10⁻⁶ to 6 × 10⁻⁶/K, which is compatible with the CTE of semiconductors in electronic packaging applications. The enhanced thermal conductivity and reduced coefficient of thermal expansion were ascribed to strong interface bonding in the Al–Cu/diamond composites. Cu addition has lowered the melting point and resulted in the formation of Al₂Cu phase in Al matrix. This is the underlying mechanism responsible for the strengthening of Al–Cu/diamond interface. The results show that Cu alloying is an effective approach to promoting interface bonding between Al and diamond.     

一种新的β-锂霞石增强铜基复合材料热性能

采用热压烧结工艺成功制备了一种新的β-锂霞石增强铜基复合材料.利用扫描电镜和透射电镜对复合材料的微观组织进行了分析,并对不同体积分数复合材料的致密性,热膨胀性能和热传导性能进行了测试.结果表明:β-锂霞石颗粒在铜基体中分布均匀,界面清晰,不发生界面反应;体积分数对复合材料致密性、热膨胀系数和热导率有明显影响,当β-锂霞石颗粒体积分数超过40%时,复合材料的致密性有明显下降,热膨胀系数在(9～15.4)×10-6/K,同时热导率在50～170W/m·K.     

粉末冶金法制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料及其热膨胀性能

通过添加适量的Al_2W_3O_(12)负热膨胀粉体来优化碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料的热膨胀系数。实验采用固相法制备负热膨胀性能的Al_2W_3O_(12)粉体,并按10%,20%,30%的体积比添加至SiC_p/Al复合粉体中,利用粉末冶金工艺制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料。实验结果表明:制备的复合材料组织分布均匀,致密度良好。室温到200℃内,在Al基体质量分数不变的前提下,Al_2W_3O_(12)的加入有效降低了复合材料的热膨胀系数。