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本文采用无压渗透法结合预制坯与陶瓷铸造的工艺,制备了电子封装用SiCp/Al复合材料。研究了粘结剂含量、成型压力和烧结规范等工艺因素对预制坯性能以及尺寸精度的影响;研究了陶瓷法中陶瓷坯体与釉层膨胀系数及二者相互匹配性;同时对SiCp/Al复合材料的无压渗透工艺进行了探讨。利用XRD、SEM及TEM对所制备的复合材料的组织进行了观测分析;并用激光导热仪测定了SiCp/Al复合材料的热导率。主要得到以下结论:
首先,双尺寸SiC颗粒的预制坯体积分数较高,同时预制坯的SiC颗粒体积分数随着成型压力的增大而增大,随粘结剂含量、烧结温度的提高而减小,但800℃以后变化不大;选用Na2SiO3、CMC-Na和淀粉作为粘结剂所制备的预制坯外观质量较好;预制坯的抗压强度随粘结剂含量的增加先增大,后减小,随着成型压力、烧结温度的升高,抗压强度增大,但烧结温度的影响更为明显;预制坯的尺寸精度随粘结剂含量和成型压力的增大而降低;通过正交实验,优化制备工艺为粘结剂含量40%、成型压力25MPa、烧结规范120℃×1h+180℃×1h+350℃×1h+500℃×1h +1100℃×1h,此时,预制坯的成型效果最佳。
第二,单一铝矾土的陶瓷坯体裂纹较多,出现龟裂,而混合有石英的坯体几乎没有,且陶瓷坯体的裂纹随升温速度的增加而增多;陶瓷坯体的热膨胀系数随着石英含量增加而增大,釉的热膨胀系数随温度增加而增加,在600℃达到最大值,其后随温度上升而下降;铝矾土与石英比例为3:2的坯体与2#釉形成的中间层厚度适当,釉面粗糙度较小,两者匹配性较好,不易产生釉裂。
第三,复合材料的致密度随着渗透温度和浸渗时间的提高而增大;随着SiC预制坯成型压力的增大,SiCp/A1复合材料的热导率随之降低;SiC预制坯在800℃烧结后,SiCp/A1复合材料热导率较高,而在1100℃烧结后较低。