超细晶W-Cu复合材料制备及其热性能研究

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随着电子器件向高功率和轻量化的方向不断发展,对电子封装热沉材料提出了更高的性能要求。W-Cu复合材料具有较高的强度、良好的导热性和较低的热膨胀系数,且结构组织可调,作为电子封装材料在微电子行业具有广阔的应用前景。然而,由于W、Cu元素之间熔点相差较大、互不相溶且润湿角较大,采用传统粉末冶金方法很难获得致密度较高和性能优异的W-Cu烧结体。通过制备纳米W-Cu复合粉体提高其烧结活性和组元分布均匀性有望解决上述问题。本文以偏钨酸铵(AMT)和硝酸铜(Cu(NO32·3H2O)为原料,氨水(NH3H2O)为PH调节剂,采用化学共沉淀法合成了W-Cu氧化物前驱体,经过煅烧、机械球磨和氢气(H2)还原工艺制得了纳米W-15 wt.%Cu复合粉体。采用真空热压烧结法对W-15wt.%Cu复合粉体在不同温度(9001050°C)、压力(60120 MPa)和保温时间(1 h3h)进行烧结.研究发现:XRD分析结果表明还原后纳米复合粉体纯度较高。SEM结果表明复合粉体分散性良好,形状近似球形,W颗粒和Cu颗粒平均尺寸小于350 nm。W-15 wt.%Cu复合粉体在1050°C、120 MPa,保温2 h烧结条件下,致密化程度最高,组织也最均匀,其相对密度为99.3%。此时,复合材料具有高的热导率、低的热膨胀系数和高的显微硬度,其值分别为205 W/m K、6.5×10-66 K-1和446 HV。
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