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“铝硅-铝/金刚石-铝硅”三明治复合结构制备及热传导性能研究

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热加工工艺 2022年第22期51卷 62-67页

作者：秦钱傅蔡安王佳董淑宏赵军华江南大学机械工程学院江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122 江苏无锡尚贤教育集团江苏无锡214145

利用压力浸渗法制备“铝硅-铝/金刚石-铝硅”三明治复合结构,测试其热传导性能。首先熔化铝合金锭,检测铝液质量以确定合适精炼工艺及浸渗时刻。对精炼后铝合金液施加80 MPa高压,使其充分浸渗入硅预制体粉料,获得铝硅复合材料,并对其进... 详细信息

利用压力浸渗法制备“铝硅-铝/金刚石-铝硅”三明治复合结构,测试其热传导性能。首先熔化铝合金锭,检测铝液质量以确定合适精炼工艺及浸渗时刻。对精炼后铝合金液施加80 MPa高压,使其充分浸渗入硅预制体粉料,获得铝硅复合材料,并对其进行热学性能测试。结果表明:硅粒径越大、体积分数越低,铝硅复合材料的热导率越高;而硅粒径越小、体积分数越高,该复合材料的热膨胀系数越低。基于上述结果,确定“硅-金刚石-硅”预制块结构,进而通过压力浸渗法一体制备“铝硅-铝/金刚石-铝硅”三明治复合结构。含最优硅粒径及体积分数的三明治复合结构热导率介于450~500 W/(m·K),高于铝硅复合材料及铝等纯金属的热导率。

关键词：压力浸渗法铝合金精炼三明治复合结构热学性能

大功率IGBT散热基板熔融超高热等静压制备技术

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粉末冶金工业 2020年第5期30卷 93-96页

作者：徐广傅蔡安钱静龚慧宇江南大学机械工程学院江苏无锡214000

铝碳化硅复合材料因其高热导率、低热膨胀率等特性被广泛应用于大功率集成电路封装材料中。本文以压力浸渗法及热等静压法原理为基础,提出一种制备大功率IGBT铝碳化硅散热基板的新型工艺。该工艺创新点在于:(1)无需制备碳化硅预制块,直... 详细信息

铝碳化硅复合材料因其高热导率、低热膨胀率等特性被广泛应用于大功率集成电路封装材料中。本文以压力浸渗法及热等静压法原理为基础,提出一种制备大功率IGBT铝碳化硅散热基板的新型工艺。该工艺创新点在于:(1)无需制备碳化硅预制块,直接灌装碳化硅干粉,碳化硅体积分数可稳定为66%~68%;(2)基板6个外表面均覆盖铝质金属,可实施机械及化学镀镍加工;(3)超高热等静压与真空压铸工艺相结合,渗铝时保压压强达100 MPa左右,可使铝液更好地渗透到碳化硅粉料中,显著减少了气孔、气泡等缺陷,性能更佳。根据检测结果,利用该新工艺,制备的散热基板热导率高达220 W/m·K左右,热膨胀系数为6.5×10^-6~7.5×10^-6/K,其它各项指标均符合使用要求。

关键词：封装材料压力浸渗法热等静压法碳化硅体积分数预制块

高体积分数SiC颗粒增强Al基复合材料的制备和性能研究

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高体积分数SiC颗粒增强Al基复合材料的制备和性能研究

作者：刘相权中南大学

学位级别：硕士

高体积分数SiC/Al复合材料具有高热导率、低密度和较高的力学性能等优点,而且可通过调整SiC体积分数来调整膨胀系数实现与各种基板的热匹配,使其在微波集成电路、功率模块和微处器盖板等领域得到广泛应用。高体积分数SiC/Al复合材料加... 详细信息

高体积分数SiC/Al复合材料具有高热导率、低密度和较高的力学性能等优点,而且可通过调整SiC体积分数来调整膨胀系数实现与各种基板的热匹配,使其在微波集成电路、功率模块和微处器盖板等领域得到广泛应用。高体积分数SiC/Al复合材料加工困难,开发能近净成形复杂形状SiC/Al复合材料构件的方法成为目前这一领域的研究热点。本文探讨了高体积分数SiC/Al复合材料的制备方法,通过粉末注射成形和压力浸渗法成功地制备了近净成形的高体积分数SiC/Al复合材料,首先用粉末注射成形制备出具有一定体积分数的碳化硅预制件,其中采用粗细碳化硅粉末搭配和新型粘结剂可以获得较高的粉末装载量(65 vol.%),注射坯60℃溶剂中脱脂9小时,可将粘结剂中的可溶性组分脱除70%以上并有效地避免了热脱脂缺陷的形成;接着施加压力使铝熔体浸渗到预制件的孔隙中形成接近全致密的复合材料,体积分数为65%的复合材料的典型性能如下:密度***,30-100℃热膨胀系数7.18×10.K,热导率175W/m.K,强度431MPa,可以满足电子封装的使用要求。本文通过金相显微技术、扫描电镜分析、能谱分析、X射线衍射分析、SEM等现代分析手段开展了大量的实验工作及理论分析,主要得到以下结论:热脱脂后的碳化硅预制件的孔隙率符合粉末装载量并具有很高的开孔率。复合材料致密度高,粗细碳化硅粉末可以均匀地分布在铝基体上,XRD分析和TEM证实了碳化硅和铝基体并没有发生界面反应。复合材料断裂模式基本为增强体解理类型,这是由于大粒径碳化硅颗粒很难和基体协调变形;碳化硅粉末的粒径越大,复合材料的力学性能就越差。利用Hasselman and Johnson方程预测了复合材料的导热性能,结果符合样品导热性能的变化趋势。最后分析了温度,碳化硅体积分数、粒径和深冷处理等对复合材料热膨胀性能的影响。

关键词： Sic/Al复合材料粉末注射成形压力浸渗法体积分数力学性能热物理性能

陶瓷柱增强铝基复合靶板的制备及抗弹性能研究

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陶瓷柱增强铝基复合靶板的制备及抗弹性能研究

作者：张林国防科技大学

学位级别：硕士

提升复合装甲防护性能的同时尽可能降低自身重量,是提高装甲车辆机动性的主要方向之一。目前广泛应用的陶瓷/背板层状复合装甲普遍存在陶瓷块拼接位置抗弹能力薄弱、陶瓷损伤区域大和抗二次打击能力不足等缺陷。本文设计了一种陶瓷柱增... 详细信息

提升复合装甲防护性能的同时尽可能降低自身重量,是提高装甲车辆机动性的主要方向之一。目前广泛应用的陶瓷/背板层状复合装甲普遍存在陶瓷块拼接位置抗弹能力薄弱、陶瓷损伤区域大和抗二次打击能力不足等缺陷。本文设计了一种陶瓷柱增强铝基复合靶板结构,采用压力浸渗法制备,通过试验研究和数值模拟相结合的方法研究其抗弹性能,并揭示抗弹机理。主要工作和结论如下:(1)基于双层牙釉质“软硬交替”的结构和功能仿生机制,设计了一种陶瓷柱增强铝基复合靶板的结构;采用压力浸渗法,通过控制工艺参数使铝合金基体(软质相)均匀填充在陶瓷柱(硬质相)间隙中,形成软硬交替的复合面板层;在复合面板层背面粘接背板层,制备出陶瓷柱增强铝基复合靶板。(2)开展了22块陶瓷柱增强铝基复合靶板抗12.7 mm穿燃弹的侵彻试验研究,讨论的主要参数包括陶瓷柱布置方式和尺寸匹配,以及背板材料类型和厚度等。试验结果表明:陶瓷柱增强铝基复合靶板整体性好,穿燃弹侵彻后复合面板损伤区域不超过5.5倍弹径,抗多发打击能力强;陶瓷柱采用小间隙并列布置时复合靶板整体性和抗弹性能较优;采用铝合金背板且总面密度相近时,两层陶瓷柱尺寸均为直径13 mm,高度11.5 mm的复合靶板抗弹性能较优;采用相同的复合面板层且总面密度相近时,PE背板抗弹性能优于铝背板。(3)基于ANSYS/LS-DYNA建立了陶瓷柱增强铝基复合靶板抗12.7 mm穿燃弹的有限元模型,采用试验数据对其有效性进行了充分验证;从各组分耗能和损伤变形角度分析其抗弹机理;最后对抗弹性能的影响因素开展了参数分析。结果表明:弹体侵彻复合面板层中的陶瓷柱时耗能最大,侵彻背板阶段次之,铝合金基体耗能效果最弱;陶瓷柱等直径排布或递减排布时,两颗相邻陶瓷柱中间的抗弹性能最佳,四颗陶瓷柱中心的抗弹性能最差。面密度一定时,采用铝/PE复合背板替代单一铝背板,抗弹性能随着PE铺层厚度的增加呈现先下降后上升的趋势。

关键词：陶瓷柱铝基复合材料压力浸渗法抗弹性能数值模拟

微波改性石墨膜/铝层状复合材料的显微组织与热性能研究

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微波改性石墨膜/铝层状复合材料的显微组织与热性能研究

作者：佟兴宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本课题通过微波改性对石墨膜进行预处理,并且分别采用放电等离子烧结法(SPS)和流延成型+压力浸渗法制备石墨膜/铝复合材料。通过对石墨膜显微组织、结构以及导热性能的表征,探究了石墨膜微波改性机理。并对复合材料的石墨膜分布、界面... 详细信息

本课题通过微波改性对石墨膜进行预处理,并且分别采用放电等离子烧结法(SPS)和流延成型+压力浸渗法制备石墨膜/铝复合材料。通过对石墨膜显微组织、结构以及导热性能的表征,探究了石墨膜微波改性机理。并对复合材料的石墨膜分布、界面结合、元素分布以及析出相进行观察,探究了SPS法制备工艺、微波改性与石墨膜体积分数对石墨膜/铝复合材料的显微组织与结构的影响,建立了石墨膜/铝复合材料显微组织与热性能的联系,为高导热石墨膜/铝层状复合材料的设计与制备提供理论和实验依据。本课题首先确定了石墨膜的最佳微波改性工艺:先丙酮处理30s,后微波处理4s,石墨膜XY向热导率提升8.1%。经微波改性后,石墨膜石墨化度从95.1%提高到99.8%、表面无定型碳分布更加弥散细小、表面含氧C-O-C官能团含量从13.7%下降到9.6%。证明微波改性是一种简单有效的提高石墨膜导热性能的预处理手段。其次通过SPS法制备石墨膜/铝复合材料,发现工艺参数可调控范围小,复合材料层状结构被破坏。当石墨膜体积分数为52%时,复合材料XY向热导率最高为624.6W/mK,热导率实际值远低于理论值。流延成型+压力浸渗法制备石墨膜/铝复合材料时,可调控石墨膜体积分数,复合材料层状结构完整。当石墨膜体积分数为20%时,复合材料XY向热导率可达到521.9W/mK,导热性能实际值与理论值接近。最后先对石墨膜进行微波改性预处理,后采用流延成型+压力浸渗法制备了石墨膜/铝复合材料。研究了复合材料显微组织与热性能的关系,分析了复合材料的导热性能没有达到理论值主要由两种缺陷造成,分别为石墨膜内部缝隙与界面结合处缝隙。石墨膜内缝隙含量,22%<28%<34%体积分数复合材料。界面结合处缝隙含量,28%<34%<22%体积分数复合材料。石墨膜内缝隙会降低复合材料XY向热导率,而界面结合处缝隙会降低复合材料Z向热导率以及层间剪切强度。随着石墨膜体积分数增大,复合材料XY向热导率从494.5W/mK、520.7W/mK增加到553.7W/mK,与理论值差值增大但耐高低温冲击性能提高;复合材料Z向热导率分别为13.4W/mK、15.9W/mK、11.7W/mK,层间剪切强度分别为47.4MPa、51.3 MPa和45.3 MPa。

关键词：石墨膜/铝复合材料 SPS法压力浸渗法微波改性热导率

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铍/铝复合材料制备技术与性能设计研究进展

铸造技术 2023年第6期44卷 514-524页

作者：夏一骁匡泽洋鞠渤宇杨文澍武高辉哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

铍/铝复合材料因其高比强度、高比刚度等优异性能,在航空航天等领域备受关注。本文综述了近30年来国际上在铍/铝复合材料制备技术方面的研究进展,总结了改善铍/铝复合材料微观组织、提高材料性能的方法,并对未来铍/铝复合材料研究方向... 详细信息

铍/铝复合材料因其高比强度、高比刚度等优异性能,在航空航天等领域备受关注。本文综述了近30年来国际上在铍/铝复合材料制备技术方面的研究进展,总结了改善铍/铝复合材料微观组织、提高材料性能的方法,并对未来铍/铝复合材料研究方向提供了思路,对铍/铝复合材料的制备技术发展以及性能的突破进行了展望。

关键词：铍/铝复合材料熔模铸造法粉末冶金法压力浸渗法性能设计

编织角对3D-C_(f)/6061Al复合材料弯曲性能的影响

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西安工程大学学报 2022年第3期36卷 100-105页

作者：贺辛亥宁志新梁军浩周光瑞刘江南王俊勃尚星宇徐雅琪鞠录岩西安工程大学材料工程学院陕西西安710048 西京学院理学院陕西西安710126 西安石油大学机械工程学院陕西西安710065

选用三维四向编织结构的碳纤维(T300-6K)为增强体,采用压力浸渗法制备不同编织角(10°、20°和30°)的3D-C_(f)/6061Al复合材料,探讨不同编织角对复合材料力学性能的影响。发现压力浸渗一定程度避免了碳纤维与铝基体界面结合力弱这一因... 详细信息

选用三维四向编织结构的碳纤维(T300-6K)为增强体,采用压力浸渗法制备不同编织角(10°、20°和30°)的3D-C_(f)/6061Al复合材料,探讨不同编织角对复合材料力学性能的影响。发现压力浸渗一定程度避免了碳纤维与铝基体界面结合力弱这一因素,从而获得较好的浸渗效果。复合材料的弯曲性能随着编织角的增大而变差。随着编织角的增大,复合材料的应变量也随之增大,从而延伸率越大,韧性越好;当编织角变大时,纤维横向分力越大,纤维断裂面的不平整度增加,拉拔现象明显。

关键词：复合材料压力浸渗法编织角微观组织力学性能

温度对3D_(5)-C_(f)/6061Al复合材料弯曲性能的影响

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化纤与纺织技术 2021年第12期50卷 46-47页

作者：宁志新梁军浩周光瑞西安工程大学材料工程学院陕西西安710048

文章选用三维五向编织结构的碳纤维为增强体,采用压力浸渗法制备3D_(5)-C_(f)/6061Al复合材料,发现了温度对3D_(5)-C_(f)/6061Al复合材料性能的影响规律,对不同温度下3D_(5)-C_(f)/6061Al复合材料的微观组织图和弯曲强度进行研究。结果... 详细信息

文章选用三维五向编织结构的碳纤维为增强体,采用压力浸渗法制备3D_(5)-C_(f)/6061Al复合材料,发现了温度对3D_(5)-C_(f)/6061Al复合材料性能的影响规律,对不同温度下3D_(5)-C_(f)/6061Al复合材料的微观组织图和弯曲强度进行研究。结果表明,预热温度为550℃,浇注温度为680℃,压力为2~3MPa,保压时间为60~90s时,3D_(5)-C_(f)/6061Al复合材料中碳纤维的分散性好,没有纤维团聚,并且碳纤维与6061铝基体之间界面结合最好,复合材料的弯曲强度达到最大值,即360.32MPa。

关键词： 3D_(5)-C_(f)/6061Al 压力浸渗法工艺参数微观组织弯曲性能