论文部分内容阅读
高体积分数SiCp／Al复合材料具有高强度、高模量且耐磨性能好,同时又具备低密度、高导热、低膨胀等优点,使其在电子封装领域有良好的发展潜力。本文研究了液态铝合金无压浸渗紧密堆积的SiC粉体制备的高体积分数SiCp／Al复合材料的结构和性能,主要分析了界面层厚度对复合材料界面热阻的影响规律以及煅烧温度对复合材料性能的影响,进而探讨通过调整预制件制备工艺来提高复合材料热导率方案的可行性。
以粒径从F500至F100的SiC颗粒为原料进行双粒度或三粒度级配混合,振实后经无压熔渗制备了SiC体积分数为58％～65％的SiCp／Al复合材料。随着SiC粒径的增大,SiCp／Al复合材料的抗弯强度从340降低到246MPa；复合材料热控性能优良,热导率在175～193W·m-1·℃-1之间,且热导率随SiC颗粒粒径的增大而增大；室温至100℃的平均线膨胀系数变化范围为6.41～8.01×10-6℃-1,SiC颗粒粒径的增大提高了SiC粉体的振实密度,从而降低了复合材料的热膨胀系数。
SiC氧化产生的SiO2膜包裹在SiC表面阻碍了界面处热量的传导,因而对复合材料热导率影响显著,当SiO2膜厚度从Onto增加到1026nm,热导率降幅较大,从188W·m-1·℃-1降到130W·m-1·℃-1,界面热导从1.2×108W·m-1·℃-1降到0.11×108W·m-1·℃-1,界面热导下降速率随界面层厚度的增加而减缓。
以F220、F500、F600三种规格的SiC混合粉制备的预制件在500℃、1100℃、1200℃下煅烧后无压熔渗液态铝合金制备的SiCp／Al复合材料组织致密；SiC颗粒间的SiO2烧结颈形成骨架使得复合材料的抗弯强度下降；复合材料的平均线膨胀系数在6.22～7.33×10-6℃-1之间,SiO2增加了铝基体中陶瓷含量,使复合材料的热膨胀系数降低；SiO2薄膜增大了SiCp／Al复合材料的界面热阻,导致复合材料热导率大幅度下降。
以硅溶胶作为烧结助剂制备的SiC预制件在高温下氧化增重过大,且煅烧后强度不足,但是添加一定量NaOH溶液能够降低SiC的氧化量和烧结温度,SiC氧化增重随着Na20·nSiO2含量的增大而增大。预制件在800℃煅烧后即能获得足够的强度并且控制素坯中SiO2量低于1.5％。硅溶胶中的SiO2以颗粒形态存在于SiC预制件中,其对阻碍界面热量传导的影响比包裹态的SiO2膜弱,SiCp／Al复合材料热导率和热扩散系数分别为146W·m-1·℃-1、0.65cm2·Sec-1,高于SiC预制件在1200℃煅烧后制备的复合材料,证实了调整预制件的制备工艺能够提升复合材料热导率。