AlN复合钨基材料制备和组织性能研究

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随着信息技术和半导体工艺的快速发展,电子产品向着轻量化、小型化发展。W-Cu复合材料虽然热导率较高,但其比重较大,难以完全满足轻量化的使用要求,使其在航空、电子器件等领域的应用受到一定的限制。因此,有必要在保持W-Cu复合材料高热导率等性能的同时降低其密度。鉴于AlN陶瓷具有密度低、热导率高、热膨胀系数低、硬度高等优点,本文以AlN为复合相,分别通过压制烧结和熔渗法制备AlN/W-Cu复合材料,并开展了通过SPS烧结制备AlN/W复合材料的研究,旨在探索获得高性能AlN/W基复合材料的新途径。论文第二章以W粉、Cu粉和AlN粉为原料,经压制烧结制备AlN/W-Cu复合材料,考察了烧结温度和AlN含量对AlN/W-Cu复合材料组织性能的影响。结果表明,随着烧结温度的不断升高,AlN/W-Cu复合材料的密度、相对密度、显微硬度、抗拉强度均得到提高。当烧结温度升至1400℃时,AlN含量为4 wt.%的AlN/W-Cu复合材料的显微硬度和抗拉强度分别为182.6 HV和291.32 MPa。论文第三章先以溶胶凝胶法对AlN粉体进行表面覆W后,与适量W粉混合,经压制和预烧结制得多孔AlN/W骨架,再熔渗Cu后制备出不同AlN含量(0~8 wt.%)的AlN/W-Cu复合材料。考察了AlN含量和AlN表面覆钨对烧结体微观组织、力学性能和热学性能的影响。实验结果表明,溶胶凝胶法可在AlN颗粒表面均匀制备覆W层,其界面结合良好。覆钨AlN/W-Cu复合材料的相对密度、硬度以及热导率均优于未覆钨AlN/W-Cu复合材料。AlN/W-Cu复合材料的相对密度及热导率随AlN含量的增加而降低,而硬度随AlN含量的增加而上升。当AlN含量为2 wt.%时,覆钨AlN/W-Cu复合材料的综合性能最佳,相对密度达到97.69%,显微硬度达到277 HV,热导率达到205.54 W/(m·K)。在相同激光功率密度下,AlN含量为2 wt.%的覆钨AlN/W-Cu复合材料的表面粗糙度小于W-Cu复合材料,适量覆钨AlN的添加改善了W-Cu复合材料的抗热冲击性能。论文第四章通过SPS烧结制备AlN/W复合材料,考察烧结温度对AlN/W复合材料微观组织和力学性能的影响,并研究AlN的加入对W基复合材料抗热冲击性能的影响。实验结果表明,AlN含量为10 wt.%的AlN/W复合材料的相对密度和显微硬度均随着烧结温度的升高而增大。当烧结温度为1800℃时,AlN/W复合材料的相对密度和显微硬度分别达到98.03%和692.78 HV。AlN/W复合材料随着激光功率密度的提高,其表面高度差与粗糙度均上升,烧结体表面损伤情况加重。随着AlN含量的增加,烧结体烧蚀现象和熔化溅出情况加重。
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