无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料

论文摘要

碳化硅颗粒增强铝基复合材料因具有高的热导率、低的热膨胀系数、比强度和比刚度高以及易于近净成型等特点而成为研究的热点,被视为未来的新型电子封装材料。为此,本文研究了SiCp/Al的无压浸渗法制备及其力学性能和热物理性能。采用无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料,通过对碳化硅颗粒的表面处理,基体合金的成分设计,不同粒径碳化硅颗粒的配比以及浸渗热历史的改善得到了无压浸渗的SiCp/Al复合材料。利用金相显微镜（OM）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、电子万能实验机、闪光热导仪（Laser flash apparatus）、热膨胀仪（Dilatometer）等研究了SiCp/Al复合材料的显微组织及力学和热物理性能。实验结果表明：通过控制造孔剂的添加量以及使用不同粒径的颗粒配比可以得到不同孔隙率的预制型。通过分段加热工艺,在高纯氧气气氛中采用自氧化法处理的SiC预制型的抗压强度较未经自氧化处理的预制型大幅提高,主要原因是SiC表面生成了α-方石英的氧化膜。同时,经过自氧化处理的预制型能更好的浸渗AlSiMg基体合金液,从而提高所制备SiCp/Al复合材料的致密度,减少复合材料的残余孔隙率：当Al合金液中Si的含量达到11wt%时,没有有害相A14C3的生成；Mg的含量对复合材料的残余孔隙率有影响,进而影响复合材料的抗压强度。实验条件下最佳基体合金成分为Al-11wt%Si-6wt%Mg;采用（50μm:10μm=3:2）粒径的绿SiC颗粒配比,以石墨（10μm）作为造孔剂,聚乙烯醇水溶液为粘结剂,采用自氧化法处理的孔隙率为40%的SiC预制型,在高纯氮气的气氛中,在1100℃（保温1h）无压浸渗Al-11wt%Si-6wt%Mg所制备的SiCp/Al复合材料显微组织致密,小粒径的SiC颗粒均匀分布在大粒径的SiC颗粒空隙之间。测得复合材料致密度为95.6%,抗压强度为367MPa,显微硬度为Hv100164,热导率为121W/mk,热膨胀系数为9.2×10-6/℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外研究概况
• 1.1.1 传统电子封装材料
• 1.1.2 新型电子封装材料
• 1.2 颗粒增强金属基复合材料
• 1.2.1 基体材料
• 1.2.2 颗粒增强体
• 1.2.3 复合材料的界面
• 1.2.4 复合材料的性能
• 1.3 SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺
• 1.3.1 粉末冶金法（Powder Metallurgy）
• 1.3.2 挤压铸造法（Squeeze casting）
• 1.3.3 压力浸渗（Pressure infiltration）
• 1.3.4 无压浸渗法（Pressureless infiltration）
• 1.4 无压浸渗制备SiCp/Al存在的问题及改进方法
• 1.4.1 无压浸渗的基本原理
• 1.4.2 无压浸渗的方法
• 1.4.3 存在的问题
• 1.4.4 改进的方法
• 1.5 本文的研究目的、意义和主要内容
• 第2章 无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 SiCp/Al复合材料的制备
• 2.2.2 X-射线衍射分析
• 2.2.3 热物理性能分析
• 2.2.4 力学性能分析
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 表面处理对无压浸渗制备SiCp/Al的影响
• 2.3.2 基体合金对无压浸渗制备SiCp/Al的影响
• 2.3.3 颗粒特性对无压浸渗制备SiCp/Al的影响
• 2.3.4 浸渗时间对无压浸渗制备SiCp/Al的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 SiCp/Al复合材料的性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 SiCp/Al复合材料的导热性能
• 3.3 SiCp/Al复合材料的热膨胀性能
• 3.4 SiCp/Al复合材料的力学性能
• 3.5 本章小结
• 第4章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果