Cu/Ag(Invar)复合材料制备与界面结构优化

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随着时代的进步,电子产业的发展及电子产品的多元化对电子封装技术及材料提出了更高的要求。具备高导热和低膨胀性能的新型电子封装复合材料一直备受关注。新开发的Cu/Invar复合材料在烧结制备过程中的原子扩散,导致复合材料中Cu及Invar合金成分变化,对复合材料的性能产生十分不利的影响。因此,探讨有效抑制Cu/Invar界面扩散,改善复合材料烧结性能的措施是该复合材料性能研发过程的关键。本文采用Invar粉体表面化学镀在Cu/Invar界面设置连续的Ag层,开展了化学镀液pH值及化学镀时间对化学镀Ag过程的影响及Ag(Invar)复合粉体的表面及界面结构的研究。以Cu粉及Ag(Invar)复合粉体为原料,采用粉末冶金及形变热处理工艺制备Cu/Ag(Invar)复合材料,并对复合材料的显微组织与性能开展系统研究。采用银氨溶液为化镀溶液,以酒石酸钾钠溶液作为还原剂,对Invar粉进行化学镀Ag,制备出Ag(Invar)复合粉体。在pH值为11.5左右,反应时间为30 min条件下,Ag(Invar)复合粉体表面Ag镀层厚度约2-3μm,表面平整、均匀、连续、致密,与Invar结合紧密。常压烧结制备的Cu/Ag(Invar)复合材料中Ag仍主要分布于Cu/Invar界面,少量分布于Invar颗粒晶界或呈短棒状分布于Cu基体中。775℃烧结的40Cu/Ag(Invar)复合材料的致密度为86.71%,硬度为HV 140.5,热膨胀系数10.68×10-6 K-1,热导率41.63W·(m·K)-1,性能优于本课题组前期制备的烧结态40Cu/Invar复合材料和球磨包覆的40Cu/Ag(Invar)复合材料。经过压缩量为55%的轧制及400℃退火的形变热处理后,Cu/Ag(Invar)复合材料近似完全致密,其中的Cu与Invar两相呈双连续网状分布,Ag绝大部分仍包覆在Invar合金颗粒周围。形变热处理态40Cu/Ag(Invar)复合材料的结构具有各向异性,致密度达98.0%,硬度为HV 256,沿变形方向的热导率53.68 W·(m·K)-1,热膨胀系数11.24×10-6 K-1。综合性能较本课题组前期制备的形变热处理态40Cu/Invar复合材料和球磨包覆40Cu/Ag(Invar)复合材料有很大的提升。
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