随着电子电工行业的飞速发展,电子元器件日趋高功率密度、微尺寸化,为保障电子器件稳定运行,要求高功率密度电子器件基板的耐击穿电压超过2 k V,导热系数超过15W/m·K。目前,使用散热和加工性能良好的铝合金作为基板材料已成为高功率密度电子器件的首选材料,但限于其表面绝缘材料导热系数仅为0.5-5 W/m·K,高功率密度电子器件的热可靠性成为制约行业发展的瓶颈。α-氧化铝的理论耐击穿强度和导热系数分别高达20 k V/mm和26 W/m·K,如果在铝合金基板表面制备厚度超过100μm的高致密的氧化铝陶瓷层,则有望同时提高涂层的耐击穿电压和导热系数,解决高导热绝缘涂层的制备难题。铝合金表面氧化物涂层制备的通用技术中,阳极氧化虽可生长得到厚度超过100μm的氧化铝涂层,但因其非晶态属性和贯通型结构制约了涂层的耐击穿强度和导热系数。微弧氧化涂层的小厚度致密、大厚度空化特性又缩减了涂层的绝缘强度和导热系数。针对此两类技术的各自不足,提出了“先阳极氧化生长增厚,再等离子体放电施热诱发相变”的原位生长型绝缘导热陶瓷层制备的学术思想。论文以制备厚度超过100μm的氧化铝陶瓷层为目标,采用两步法工艺在铝合金表面制备生长晶态氧化铝涂层,借助SEM、EDS、XRD和FT-IR等测试手段分析涂层的微观形貌、晶相组成、元素分布和孔隙率。通过电化学工作站、耐击穿电压仪、导热系数测量仪及刮擦仪考察涂层的膜基结合强度、绝缘性能和导热性能,建立涂层制备工艺、微观结构和绝缘导热性能之间的关系,探索多羟基高分子化合物抑制晶化涂层微孔/微裂纹生长机理。论文取得的主要研究结果如下:1.推导了液相环境中、介质阻挡放电情况下,等离子体放电半径公式,验证了阳极氧化涂层孔径超过20 nm是可经等离子体放电处理晶化转变的必要因素,实现铝合金阳极氧化涂层表面电阻的各处均匀是实现等离子体在阳极氧化涂层表面自组织均匀放电的关键。研究了电解液组分、电源参数和操作条件对涂层厚度及其均匀性的影响规律。结果表明,在组成为硫酸72 g/L,磷酸28.5 g/L,草酸10 g/L和乙二醇11 g/L的电解液中,在电流密度为48 m A/cm~2,占空比10%和脉冲频率＞30 k Hz条件下,于8℃下氧化83 min,可在铝合金表面制备得到厚度139±4.4μm的涂层。2.利用COMSOL Multiphysics 5.3软件模拟分析了等离子体放电过程中的电子密度时空分布,等离子体放电点对其毗邻区域温度分布的影响。结果表明,因等离子体放电过程是一瞬态反应过程,故等离子体放电过程仅可诱导距离放电点20 nm范围内的无定形氧化铝发生晶化转变,且此区域内无定形氧化铝的晶化转变程度随等离子体放电强度的增大和放电时间的延长而增大。但是,距离等离子体放电点20 nm外的无定形氧化铝难以在此过程中发生晶化转变。3.实验验证了等离子体放电过程中影响放电强度的重要因素:电流密度、占空比和放电时间对涂层晶相转变程度、孔隙率和膜基结合力的影响。结果表明,等离子体放电是在阳极氧化涂层通孔中发生的,阳极氧化涂层的晶化转变程度随放电强度的增大而增加。在低的放电强度下,即在电流密度30 m A/cm~2,占空比15%时,预阳极氧化涂层经放电处理15 min后,可诱导无定形氧化铝晶化致密化转变,制备得到的涂层与基体结合力良好。4.通过在电解液中掺杂羧甲基纤维素的方法抑制了晶化氧化铝涂层中微孔/微裂纹的产生和发展。总结了等离子体放电对阳极氧化涂层晶化转变和致密性影响的规律。结果表明,羧甲基纤维素加入量为1.5-2.0 g/L时,晶化氧化铝涂层的微孔/微裂纹的尺寸和数量大大减少。在优化的工艺参数下,制备得到的涂层耐击穿电压达到3.22 k V,导热系数达到23.75 W/m·K,满足高功率密度电子器件的绝缘导热性能要求。