近净成形制备SiCp/Al复合材料Ⅱ:SiC预成形坯自发熔渗Z101

以超细SiC粉(W7)为原料制备的SiC多孔骨架为先驱体,采用无压渗透工艺制备出致密、增强体分布均匀的SiC/Al复合材料.SiC-Al间存在厚度为0.3～0.5 μm的界面层,该界面层能很好地被铝液润湿,并阻止铝液与SiC的接触与反应.SiC坯体渗入铝合金后无形状和尺寸的变化,能够实现制品的近净成形.加入SiC后,铝合金的强度显著提高,弹性模量提高近1倍.细颗粒的SiC能更好地抑制铝基体的热膨胀.材料的热学性能可通过SiC的含量来调整,SiC体积分数介于37%至54%之间时,室温导热系数介于136 W/(m.K)至118 W/(m.K)之间,室温至100 ℃的平均线热膨胀系数介于9.98×10.6 K.1至7.69×10.6 K.1之间.     

粒度组成对高体积分数SiC_p/Al复合材料性能的影响

采用凝胶注模法制备SiC预制件用于无压熔渗液态铝合金实现60～67 vol%SiCp/Al复合材料的近净成形制备,研究了碳化硅颗粒级配及热处理对复合材料力学和热学性能的影响.结果表明:不同粒度的SiC粉体在铝基体中分布均匀,无明显偏聚现象;采用较细的SiC颗粒级配和退火处理都能有效提高复合材料强度;粗颗粒级配能增大SiC在复合材料中的体积分数,有利于导热性能的提高和热膨胀系数的降低;SiCp/Al复合材料抗弯强度介于240～365 MPa,室温时热导率介于122～175 W·m-1·℃-1.之间,室温至250℃的平均线热膨胀系数小于7.5×10-6℃-1,满足电子封装的性能要求.     

(SiC)TiN/Cu复合材料的热物理性能和焊接性能

以醇盐水解-氨气氮化法在SiC颗粒表面包覆TiN,然后采用放电等离子体烧结进行致密化,重点分析所制备的(SiC)TiN/Cu复合材料的热物理性能和焊接性能。结果表明:醇盐水解-氨气氮化法能够制备出TiN包覆SiC复合粉末,TiN包覆层均匀连续,能够提高材料的致密度并改善界面结合。(SiC)TiN/Cu复合材料的热膨胀系数介于8.1×10-6～11.9×10-6K-1之间,并且随着SiC体积分数的增加而降低。(SiC)TiC/Cu复合材料经过8次热循环以后的残余塑性应变为4.0×10-4。当SiC的体积分数为30%时,复合材料的热导率达到270W·m-1·K-1。Ag-Cu-Ti钎料在900℃时能在(SiC)TiN/Cu复合材料上完全铺展,具有良好的润湿性。(SiC)TiN/Cu复合材料与Ag-Cu-Ti钎料焊接接头的剪切强度高达56MPa。     

粉末冶金Al3(Zr,Ti)/Al复合材料的组织与性能

为了研究Zr含量变化对Al-Ti-Zr铝基复合材料组织与力学性能的影响,以纯Al粉末作为基体材料,纯Ti粉和纯Zr粉作为增强体材料,采用粉末冶金原位合成法在750℃烧结制备了Al-Ti-Zr复合材料。随后将烧结制备的复合材料加热到400℃进行热压变形处理,测试其组织和性能的变化。结果表明:在Al-Ti-Zr三元体系中,复合材料内部通过置换反应生成Al3(Zr,Ti)化合物;随着Zr含量的增加,复合材料的组织更加均匀、致密化,其抗拉强度、硬度逐渐增加,抗拉强度最大值为227.66 MPa,硬度最大值为132.83 HV0.025;复合材料的耐腐蚀性能随着Zr含量的增加呈现下降趋势,在Zr含量为5%时,复合材料的耐腐蚀性能最佳,其腐蚀电位为-0.67661 V,腐蚀电流密度为1.0214×10^-6 A/cm^2。     

SiC／Al基电子封装复合材料的无压浸渗法制备与热性能研究

用网格堆积法制备SiC多孔陶瓷,以此作为增强体,用无压浸渗工艺制备45%～65%体积分数的SiC/Al基电子封装复合材料,测定25～300 ℃热导率和热膨胀系数.实验结果表明,增强体经高温氧化处理后能显著的改善SiC/Al的浸润性能;提高浸渗温度和延长浸渗时间可以改善浸渍效果,浸渗温度在1 050 ℃,浸渗时间5 h浸渗效果最好;Mg是促进浸渗的有利因素,可有效改善铝在增强体内的渗透深度.该工艺制备的SiC/Al复合材料,热膨胀系数较经典模型计值低,热导率达189 W(m·K),可以较好的满足电子封袋材料的要求.     

SiC颗粒级配对SiC_p/Al复合材料微观结构和性能的影响

采用放电等离子烧结技术制备高体积分数SiC_p/Al复合材料,研究SiC颗粒级配对复合材料微观结构、热和力学性能的影响。结果表明:放电等离子烧结制备的SiC_p/Al复合材料由SiC和Al两相组成,SiC颗粒基本呈均匀随机分布、层次明显,SiC颗粒与Al基体界面结合强度高且无Al_4C_3等脆性相生成。在双粒径级配的SiC_p/Al复合材料中,SiC体积分数从50%增加到65%时,其相对密度从99.93%下降到96.40%;其中,当SiC体积分数为60%时,复合材料的相对密度、热导率、平均热膨胀系数(50～400℃)和抗弯强度分别为99.19%、227.5W/(m·K)、9.77×10~(-6) K~(-1)和364.7MPa。     

热处理对高体积分数SiCp/Cu热膨胀性能的影响

采用挤压铸造法制备了SiC颗粒体积分数分别为50%、55%和60%的SiCp/Cu复合材料,并分析测试了体积分数和热处理状态对复合材料热膨胀性能的影响规律。显微组织观察表明:复合材料的组织致密,SiC颗粒分布均匀。热膨胀性能测试表明:铸态复合材料的平均线热膨胀系数(20～100℃)介于8.8～9.9×10-6/℃之间,且随SiC含量的增加而降低,实验值与Kerner模型预测值相符。退火处理可以减小基体中的热残余应力,有助于降低复合材料的热膨胀系数,退火态复合材料的热膨胀系数实验值与Turner模型预测值相符。     

Al4SiC4/C复合材料的高温氧化行为

本文从氧化动力学、组织的微观进化及高温氧化机理探讨三部分对Al4SiC4/C复合材料在800～1100℃温度区间的氧化行为进行了系统的研究.研究结果表明Al4SiC4/C复合材料具有良好的抗氧化性能.在1000℃空气中氧化10 h后,40AC和50AC试样的单位面积失重量分别达到0.55×10-3mg/mm2和0.48×10mg/mm2.复合材料在1100℃的氧化表面物相为Al4SiC4和A12O3,且在该温度下的氧化表面观察到玻璃状保护相生成.     

烧结压力对SiC/6061Al复合材料组织和力学性能的影响

采用真空热压烧结法制备了φ(SiC_p)=30%的SiC/6061铝基复合材料,观察复合材料的显微组织,检测复合材料的密度和抗拉强度,研究烧结压力对复合材料性能的影响。结果表明,采用真空热压烧结法制备的SiC/6061Al复合材料,没有新相生成;随着烧结压力的增大,复合材料的密度增大,抗拉强度也增大;复合材料基体与增强体之间的界面结合情况良好。     

无压浸渗法制备SiC/Cu-Al复合材料的工艺研究

以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的形貌和相结构。结果表明,在制坯压力10 MPa、浸渍温度850℃、浸渍时间3 h条件下,SiC/Cu-Al复合材料的组织均匀、致密度好、无明显气孔缺陷,其膨胀系数为6.932 3×10-6/℃。     

复杂形状SiCp/Al复合材料零件的制备与性能

采用粉末注射成形制备SiC预成形坯和铝合金无压熔渗相结合的技术,成功制备出高体积分数且形状复杂的SiCp/Al复合材料零件.研究了烧结工艺对SiC预成形坯开孔率和强度的影响规律,并对所制备的复合材料的热物理性能进行了评价.结果表明:经1 100℃真空烧结8 h的SiC预成形坯开孔率可以达到99.6%,抗压强度为0.57 MPa所制备的57%SiCp/Al复合材料相对密度为98.7%,热膨胀系数为7.5×10-6℃-1,与GaAs、BeO的接近,热导率为1.65×105W/K,与传统Cu(15%)/W相当,是柯伐合金的10倍,在密度上接近Al,不到Cu/W的1/5.由综合比较可以看出,采用注射成形与无压熔渗相结合的制备工艺,可以低成本制备综合性能优异的高体积分数SiCp/Al复合材料.     

合金元素对SiC/Al双连通复合材料力学性能的影响

采用真空压力浸渗方法制备SiC3D/ZL201A双连通复合材料,借助电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等分析手段,研究合金元素对SiC/Al双连通复合材料组织结构及力学性能的影响。结果表明:SiC3D/ZL201A界面存在Cu、Mg等元素的偏聚,界面组织结构得到改善;合金元素导致SiC3D/ZL201A压缩强度高于SiC3D/纯铝,弯曲强度低于SiC3D/纯铝;SiC3D/ZL201A失效形式主要表现为界面断裂,SiC骨架呈现脆性断裂,铝合金基体呈现韧性撕裂断裂;合金元素产物通过钝化裂纹,改变裂纹扩展方向,桥联等作用提高复合材料的力学性能。     

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。      

高性能SiC增强Al基复合材料的显微组织和热性能

采用模压成型和无压浸渗工艺制备了高体积分数SiC增强Al基复合材料(AlSiC),对其物相和显微结构进行研究。结果表明:用上述方法制备的AlSiC复合材料组织致密,两种粒径的SiC颗粒均匀分布于Al基质中,界面结合强度高;SiC增强颗粒与Al基质界面反应控制良好,未出现Al4C3等脆性相。分析指出:Al合金中Si元素的存在有利于防止脆性相Al4C3的形成,Mg元素的加入提高了Al基体和SiC增强体之间的润湿性。所获得复合材料的平均热膨胀系数为9.31×10 6K 1,热导率为238 W/(m.K),密度为2.97 g/cm3,表现出了良好的性能,完全满足高性能电子封装材料的要求。     

无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料的性能

采用无压浸渗法制备了SiCp/Al复合材料,自氧化法处理的预制型的抗压强度大幅提高,同时降低了该复合材料的残余孔隙率;基体合金中的Mg含量对复合材料的残余孔隙率有较大影响,进而影响了其抗压强度.实验结果表明,采用不同粒径的SiC颗粒配比及自氧化法处理的孔隙率为40％的SiC预制型,无压浸渗Al-11 wt％Si-6wt％Mg所制备的SiCp/Al复合材料的抗压强度为367 MPa、热膨胀系数为9.2×10-6/℃.     

MoS2/Ti3SiC2层状复合材料的制备

采用热压烧结方法制备MoS2/Ti3SiC(2MoS2质量分数为2%)的层状复合材料。研究了不同烧结温度对烧结试样性能的影响。研究表明,在1400℃,30MPa压力和保温2h条件下,可以得到致密度达99%以上的MoS2/Ti3SiC2复合材料;在Ti3SiC2中添加MoS2后,烧结温度越高维氏硬度越大;在1400℃,烧结试样维氏硬度达6220MPa,高于纯Ti3SiC2材料的4000MPa;MoS2有良好的导电性能,使得烧结试样的电导率比较高,在1400℃,烧结试样电导率达9.68×106S.m-1,是纯Ti3SiC2材料的2倍。     

AlSiC电子封装基片的制备与性能

采用模压成形制备SiC预制件和真空压力浸渗相结合的技术,成功制备出AlSiC电子封装基片。研究磷酸铝含量和成形压力对SiC预制件抗弯强度和孔隙率的影响规律,并对所制备的AlSiC电子封装基片的性能进行评价。结果表明,在磷酸铝含量为0.8%,成形压力为200MPa时,经600℃恒温2h处理的SiC预制件抗弯强度为8.46MPa,孔隙率为37%。当温度为100~500℃时,AlSiC电子封装基片的热膨胀系数介于6.88×10-6和8.14×10-6℃-1之间,热导率为170W/(m·K),抗弯强度为398MPa,气密性小于1×10-8Pa·m3/s。用钯盐活化进行化学镀镍,得到光亮、完整的镀层。镀层于450℃恒温120s后,镀层不变色,未见起皮和鼓泡。     

喷涂Al/SiC复合材料的制备与组织分析

采用等离子喷涂技术和亚音速火焰喷涂技术制备了高性能Al/SiC复合材料.利用OM,SEM,TEM,XRD等仪器详细分析了上述两种技术制备的Al/SiC复合材料微观组织.结果显示,亚音速火焰喷涂技术和等离子喷涂技术均可制备出SiC体积分数大于50%的Al/SiC复合材料,所制备的Al/SiC复合材料组织致密、颗粒均匀分布、SiC颗粒和Al之间的界面结合良好.XRD研究表明,等离子喷涂Al/SiC复合材料中存在着Al,SiC,晶体Si等相.亚音速火焰喷涂Al/SiC复合材料中的相是由Al,SiC和少量的Al2O3组成.与等离子喷涂相比,亚音速火焰喷涂Al/SiC复合材料的孔隙率较高,氧化程度较高.此外等离子喷涂Al/SiC复合材料中有一定量纳米尺度的晶粒和颗粒.     

高体积分数SiC/Gr/Al混杂复合材料的显微组织与热膨胀性能

用水玻璃作为粘结剂制备了SiC颗粒混杂鳞片Gr预制型坯,并利用气压浸渗工艺成功制备了高达80vol%的高体积分数SiC/Gr/Al混杂复合材料。并对制备的复合材料进行显微组织观察和热膨胀性能分析。结果表明,在一定的配比下SiC与Gr分布均匀,组织良好;复合材料的热膨胀系数呈较明显的各向异性,沿石墨层方向可达7×10-6/K。     

粒度组合对SiC_p/Al复合材料组织与性能的影响

采用粉末触变成形法制备了SiCp体积分数为50%的SiCp/Al复合材料,研究了不同SiCp粒度组合对复合材料组织、性能的影响。结果表明,不同粒度组合的复合材料中SiCp分布均匀,无明显偏聚现象,组织致密,致密度达到95%以上;采用多粒径组合能明显提高复合材料的致密度和抗弯强度,断口以脆性断裂为主;SiCp/Al复合材料抗弯强度在270~382 MPa之间,室温时热导率为111~146 W·m-1·℃-1,室温至200℃时平均热膨胀系数小于6×10-6℃-1。