基體合金元素對(duì)Sip-Al復(fù)合材料組織和性能的影響.pdf

1、本論文以航空航天用電子封裝復(fù)合材料為研究背景，擬開發(fā)高導(dǎo)熱、低膨脹、高強(qiáng)度、低密度等綜合性能優(yōu)良的Sip/Al電子封裝復(fù)合材料，并通過研究Mg元素和Si元素含量對(duì)Sip/Al復(fù)合材料微觀組織和性能的影響規(guī)律，指導(dǎo)未來Sip/Al復(fù)合材料中合金化處理工藝。本文采用專利技術(shù)（壓力浸滲技術(shù)）制備不同 Mg元素和Si元素含量的Sip/Al電子封裝復(fù)合材料，硅顆粒的尺寸為20~30μm。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡等對(duì)材料的組織

2、形貌進(jìn)行觀察，利用電子萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)、熱導(dǎo)率測(cè)試儀和熱膨脹測(cè)試儀對(duì)Sip/Al復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱物理性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　隨著Mg元素含量的增加，Sip/Al復(fù)合材料孔洞逐漸增多，硅顆粒的棱角更明顯。Mg元素含量在3.84wt.％以下時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能基本不變；當(dāng)Mg元素含量為16.65wt.%時(shí)，Mg元素與Si顆粒反應(yīng)生成大量的Mg2Si，同時(shí)材料的力學(xué)性能下降。隨著基體中Mg元素含量的增加，由于材料中孔洞增多以及低導(dǎo)熱

3、的Mg2Si含量在Si顆粒表面生成，Sip/Al復(fù)合材料的熱導(dǎo)率呈下降趨勢(shì)。Mg元素含量低于3.84wt.%時(shí)，熱膨脹系數(shù)隨Mg元素含量的增加而增大，當(dāng)Mg元素含量為16.65 wt.%時(shí)，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)下降。
　　隨著Si元素含量提高，Sip/Al復(fù)合材料中孔洞逐漸減少，硅顆粒的棱角逐漸明顯，小尺寸硅顆粒增多。隨著基體中Si元素含量的增加，Sip/Al復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度先上升后下降，Si含量為1.98wt.%時(shí)達(dá)到最大值2

4、38.8MPa。Si含量增加使基體中析出的Si相增多，從而使材料力學(xué)性能提高。Si元素含量過高會(huì)導(dǎo)致溶解析出的Si減少，棱角狀的硅顆粒降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　隨著基體中Si元素的增加，Sip/Al復(fù)合材料的熱導(dǎo)率先上升后下降。Si含量為1.98%時(shí)熱導(dǎo)率達(dá)到最大值159.5W/(m?K)。尺寸較小的硅顆粒數(shù)量隨Si元素增加而增加，導(dǎo)致復(fù)合材料的界面增加，熱導(dǎo)率降低。Si元素在0.28%~4.75%范圍內(nèi)，隨Si含量提高，熱

5、膨脹系數(shù)提高，Si含量為6.95%時(shí)，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)下降。
　　對(duì)基體合金中Mg和Si含量不同的Sip/Al復(fù)合材料的組織觀察及性能測(cè)試表明：Mg元素的加入，由于與Si顆粒反應(yīng)生成Mg2Si，會(huì)降低Sip/Al的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能，因此應(yīng)避免在Al基體中加科Mg元素；而過高的Si元素會(huì)導(dǎo)致細(xì)小硅相的析出，也會(huì)降低Sip/Al的導(dǎo)熱性能，因此最優(yōu)的Si含量應(yīng)在1.98wt.%左右。基體中Si元素含量為1.98%時(shí)，Sip/Al