高溫下Mn對(duì)SiC-Cu界面反應(yīng)和無(wú)壓熔滲的影響.pdf

1、SiCp/Cu復(fù)合材料理論上具有導(dǎo)熱高、熱膨脹率低、強(qiáng)度較高等優(yōu)異的綜合性能，吸引了國(guó)內(nèi)外材料研究者的目光，被認(rèn)為是新一代電子封裝和電工材料。相比于其它制備工藝，無(wú)壓熔滲工藝能夠近凈成形且設(shè)備成本低。目前SiC/Al復(fù)合材料的無(wú)壓熔滲制備及加工工藝已經(jīng)比較成熟，但是對(duì)于SiC/Cu的無(wú)壓熔滲工藝的研究報(bào)告很少。SiC/Cu復(fù)合材料研究遇到的困難是Cu與SiC的潤(rùn)濕性極差，Cu的熔點(diǎn)較高和界面結(jié)合問(wèn)題。
　　本文研究了在氮?dú)庵泻?2

2、60℃-1350℃溫度下，添加金屬M(fèi)n粉對(duì)SiC/Cu復(fù)合材料的界面反應(yīng)和熔滲的影響。主要為:
　　(1)設(shè)計(jì)研究了SiC/Mn、SiO2/Mn兩個(gè)二元體系反應(yīng)和SiC/Cu/Mn三元體系反應(yīng)。分別將SiC粉和Mn粉，SiO2粉和Mn粉，SiC粉和Cu、Mn粉混合后在氮?dú)庵泻?260℃～1350℃溫度下進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)生成物的宏觀(guān)照片、XRD和SEM等測(cè)試，分析反應(yīng)過(guò)程中的生成物相及其微觀(guān)形貌。Mn和SiC在N2中發(fā)生反應(yīng)，在

3、SiC表面生成MnSiN2，促使SiC分解，且隨溫度升高而加劇。生成的Si3N4和石墨C在1250℃很少，隨著溫度升至1350℃而大幅度增加，使得MnSiN2相的相對(duì)含量減少。Mn使得SiO2在1250℃N2氣氛中反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的玻璃態(tài)硅酸鹽相。
　　SiC/Cu/Mn三元體系在1250℃N2氣氛中反應(yīng)相組成除SiC和Cu外，主要為MnSiN2，另外，還有少量的Si3N4，Cu3Si和石墨C存在。當(dāng)溫度升高至1350℃時(shí)，SiC分

4、解嚴(yán)重，Si3N4和石墨C大幅增加。反應(yīng)比較充分，除比例不大的Cu被擠出外，不同顆粒已經(jīng)結(jié)合起來(lái)，顯示添加Mn有助于改善SiC和Cu之間的界面潤(rùn)濕和結(jié)合。
　　(2)研究并評(píng)價(jià)了利用無(wú)壓熔滲工藝構(gòu)建SiC/Cu復(fù)合材料的可能性及其利弊。實(shí)驗(yàn)表明，QSi3-1 Cu合金和純Cu粉都能夠在Mn助滲劑作用下在1260～1350℃實(shí)現(xiàn)對(duì)SiC骨架的無(wú)壓熔滲。QSi3-1 Cu合金較好的無(wú)壓熔滲工藝參數(shù)為1320℃×2 h，此時(shí)界面結(jié)合較好