高體分SiCp-AI復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、高體積分數(shù)SiCp／Al復(fù)合材料具有高強度、高模量且耐磨性能好,同時又具備低密度、高導(dǎo)熱、低膨脹等優(yōu)點,使其在電子封裝領(lǐng)域有良好的發(fā)展?jié)摿?。本文研究了液態(tài)鋁合金無壓浸滲緊密堆積的SiC粉體制備的高體積分數(shù)SiCp／Al復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能,主要分析了界面層厚度對復(fù)合材料界面熱阻的影響規(guī)律以及煅燒溫度對復(fù)合材料性能的影響,進而探討通過調(diào)整預(yù)制件制備工藝來提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率方案的可行性。
　　 以粒徑從F500至F100的SiC顆粒

2、為原料進行雙粒度或三粒度級配混合,振實后經(jīng)無壓熔滲制備了SiC體積分數(shù)為58％～65％的SiCp／Al復(fù)合材料。隨著SiC粒徑的增大,SiCp／Al復(fù)合材料的抗彎強度從340降低到246MPa；復(fù)合材料熱控性能優(yōu)良,熱導(dǎo)率在175～193W·m-1·℃-1之間,且熱導(dǎo)率隨SiC顆粒粒徑的增大而增大；室溫至100℃的平均線膨脹系數(shù)變化范圍為6.41～8.01×10-6℃-1,SiC顆粒粒徑的增大提高了SiC粉體的振實密度,從而降低了復(fù)合材

3、料的熱膨脹系數(shù)。
　　 SiC氧化產(chǎn)生的SiO2膜包裹在SiC表面阻礙了界面處熱量的傳導(dǎo),因而對復(fù)合材料熱導(dǎo)率影響顯著,當SiO2膜厚度從Onto增加到1026nm,熱導(dǎo)率降幅較大,從188W·m-1·℃-1降到130W·m-1·℃-1,界面熱導(dǎo)從1.2×108W·m-1·℃-1降到0.11×108W·m-1·℃-1,界面熱導(dǎo)下降速率隨界面層厚度的增加而減緩。
　　 以F220、F500、F600三種規(guī)格的SiC混合粉制

4、備的預(yù)制件在500℃、1100℃、1200℃下煅燒后無壓熔滲液態(tài)鋁合金制備的SiCp／Al復(fù)合材料組織致密；SiC顆粒間的SiO2燒結(jié)頸形成骨架使得復(fù)合材料的抗彎強度下降；復(fù)合材料的平均線膨脹系數(shù)在6.22～7.33×10-6℃-1之間,SiO2增加了鋁基體中陶瓷含量,使復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)降低；SiO2薄膜增大了SiCp／Al復(fù)合材料的界面熱阻,導(dǎo)致復(fù)合材料熱導(dǎo)率大幅度下降。
　　 以硅溶膠作為燒結(jié)助劑制備的SiC預(yù)制件在高溫

5、下氧化增重過大,且煅燒后強度不足,但是添加一定量NaOH溶液能夠降低SiC的氧化量和燒結(jié)溫度,SiC氧化增重隨著Na20·nSiO2含量的增大而增大。預(yù)制件在800℃煅燒后即能獲得足夠的強度并且控制素坯中SiO2量低于1.5％。硅溶膠中的SiO2以顆粒形態(tài)存在于SiC預(yù)制件中,其對阻礙界面熱量傳導(dǎo)的影響比包裹態(tài)的SiO2膜弱,SiCp／Al復(fù)合材料熱導(dǎo)率和熱擴散系數(shù)分別為146W·m-1·℃-1、0.65cm2·Sec-1,高于SiC預(yù)