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气压浸渗法制备Al2O3短纤维增强铝基复合材料

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特种铸造及有色合金 2005年第Z1期25卷 85-86页

作者：闫廷华刘彬吴申庆李军东南大学东南大学东南大学东南大学

利用自行设计的试验装置采用气压浸渗法成功制备出Al2O3短纤维增强铝基复合材料,对金相组织和硬度进行了分析,得出了温度、体积分数、压力对浸渗的影响结果.证明了气压制备短纤维铝基复合材料的可行性.

关键词：气压浸渗铝基复合材料预制件

气压浸渗法制备Al/SiCp电子封装材料的研究

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气压浸渗法制备Al/SiCp电子封装材料的研究

作者：闫庆西北工业大学

学位级别：硕士

铝渗碳化硅复合材料具有高导热、低膨胀、高模量、低密度等优异的综合性能,在电子封装领域具有广阔的应用前景。气压浸渗法利用气压实现浸渗,是一种低成本制备方法。但是目前对影响此工艺过程的因素和材料的凝固组织都缺乏深入研究。 ... 详细信息

铝渗碳化硅复合材料具有高导热、低膨胀、高模量、低密度等优异的综合性能,在电子封装领域具有广阔的应用前景。气压浸渗法利用气压实现浸渗,是一种低成本制备方法。但是目前对影响此工艺过程的因素和材料的凝固组织都缺乏深入研究。本文通过浸渗热力学理论的毛细管原理计算了浸渗临界压力。单尺寸颗粒的尺寸以及双尺寸颗粒中小颗粒的密集程度对临界压力影响很大。另外预制型预热温度也对临界压力有较大影响,在温度从700℃增加到800℃过程中临界压力随着温度上升而明显下降。高体积分数增强体的加入导致了基体合金组织的改变,初生α—Al枝晶大大减少,基体主要由Al-Si共晶组成。单尺寸颗粒的尺寸决定了共晶硅的大小和形态。随着加入的SiC颗粒尺寸的减小,硅相由原来的粗长条状变成细小的点状且分布更加弥散。在研究中还发现,SiC颗粒可以作为共晶硅异质生核的衬底。双尺寸颗粒与单尺寸小颗粒对共晶硅的影响类似,但其对共晶相的细化作用较后者略小。本文还研究了SiC颗粒在高温下的氧化过程对临界压力、界面反应层和基体合金凝固组织的影响。实验对氧化后的颗粒多孔体进行了浸渗,结果表明氧化层与基体之间形成了200～300nm厚的界面反应层。氧化层的出现还提高了临界压力,而且与SiC颗粒一样也可以作为共晶硅相的形核衬底。

关键词：电子封装气压浸渗临界压力凝固组织氧化过程共晶硅

气压浸渗SiCp/Al电子封装外壳的制备与性能

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气压浸渗SiCp/Al电子封装外壳的制备与性能

作者：李进军西北工业大学

学位级别：硕士

SiC颗粒增强Al基复合材料(SiCp／Al)具有优异的物理和力学性能，可以用作良好的结构部件。气压浸渗的方法可以很好的实现复合材料的近终形，减少材料的后序加工量。因此本文选用气压浸渗的方法制备了SiCp／Al电子封装外壳，并对制备的... 详细信息

SiC颗粒增强Al基复合材料(SiCp／Al)具有优异的物理和力学性能，可以用作良好的结构部件。气压浸渗的方法可以很好的实现复合材料的近终形，减少材料的后序加工量。因此本文选用气压浸渗的方法制备了SiCp／Al电子封装外壳，并对制备的外壳的热膨胀行为和机械性能做了研究。本文通过双尺寸SiC颗粒选取、粉料处理、蜡浆制备、SiC外壳坯体浇注、排蜡和烧成的工艺成功制备了SiC预制型外壳。研究了气压浸渗与无压浸渗、离心浸渗和挤压浸渗机理的区别，分析了气压浸渗过程中产生浸渗包抄的原因。 SiCp／Al复合材料与Al合金基体相比较，由于有SiC颗粒增强体的作用能明显降低工程CTE和物理CTE，因此随着SiC颗粒体积分数的增加，同一温度的工程CTE减小;单尺寸颗粒SiC对基体合金的抑制作用小于双尺寸SiC颗粒，这是由于表面积不同所造成的;SiCp／Al物理CTE的突变点随着体积分数的增加而下降。SiCp／Al随着密度的增大，30℃—200℃的工程CTE有下降的趋势。由于增强体颗粒与基体合金之间的巨大的CTE差别，将导致复合材料内形成内应力，而热处理可以消除部分内应力从而降低复合材料的CTE，并增加复合材料的尺寸稳定性。复合材料的抗弯强度随着密度的增加而增加，由于受到气孔、界面结合程度、系统误差等多方面的影响，并不呈线性增加。而杨氏模量也随着密度的增加而增加。 Si含量的增加会使得抗弯强度增加，但是由于针状共晶Si的出现，过量的Si会导致复合材料的弹性模量下降;Mg的加入并不能减小基体合金与SiC颗粒之间的润湿角，但是Mg可以消耗掉部分合金表面的氧化物，最终有利于浸渗，减少复合材料中的孔隙率。

关键词：电子封装气压浸渗 CTE 突变点抗弯强度

镀TiC金刚石/铝复合材料的界面及热膨胀性能

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中国有色金属学报 2012年第6期22卷 1718-1724页

作者：王新宇于家康朱晓敏西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

采用气压浸渗法制备高体积分数的镀TiC金刚石/铝复合材料,通过SEM和EDS等手段对复合材料的断口形貌进行分析,并研究TiC镀层对复合材料界面和热膨胀性能的影响。结果表明:TiC镀层改善金刚石颗粒与铝合金基体之间的选择性粘结现象,断裂方... 详细信息

采用气压浸渗法制备高体积分数的镀TiC金刚石/铝复合材料,通过SEM和EDS等手段对复合材料的断口形貌进行分析,并研究TiC镀层对复合材料界面和热膨胀性能的影响。结果表明:TiC镀层改善金刚石颗粒与铝合金基体之间的选择性粘结现象,断裂方式以基体断裂为主。部分TiC会被氧化成TiO2并与铝合金基体反应生成Al2O3,从而实现金刚石颗粒与铝合金基体之间良好的界面结合;TiC镀层有效地降低复合材料的热膨胀系数(CTE),增强复合材料热膨胀性能的稳定性。在体积分数相同的情况下,CTE随金刚石颗粒尺寸的减小而减小。

关键词：复合材料气压浸渗镀层界面热膨胀

镀层厚度对镀钛金刚石/铝复合材料热导率的影响

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中国有色金属学报 2013年第3期23卷 802-808页

作者：陈代刚于家康于威袁曼西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

通过在金刚石表面镀钛来改善金刚石和铝基体之间的弱界面结合,并用气压浸渗法制备体积分数为60%的镀钛金刚石/铝复合材料。研究镀钛后金刚石颗粒的物相组成、不同镀层厚度和不同颗粒尺寸下复合材料的热导率;用H-J和DEM模型预测复合材料... 详细信息

通过在金刚石表面镀钛来改善金刚石和铝基体之间的弱界面结合,并用气压浸渗法制备体积分数为60%的镀钛金刚石/铝复合材料。研究镀钛后金刚石颗粒的物相组成、不同镀层厚度和不同颗粒尺寸下复合材料的热导率;用H-J和DEM模型预测复合材料的热导率,并将预测结果与实验值进行对比。结果表明,镀钛后金刚石颗粒的物相由金刚石、碳化钛和钛三相组成;随着镀层厚度的增加,界面传热系数减小,复合材料的热导率减小;颗粒的尺寸越小,这种变化趋势越明显;相对于H-J模型,DEM模型更能准确地预测镀钛金刚石增强的复合材料的热导率;通过计算得出镀钛金刚石/铝复合材料的临界镀层厚度为1.5μm,当超过此临界镀层厚度时,镀层反而不利于复合材料热导率的提高。

关键词：镀钛金刚石铝复合材料镀层厚度热导率界面传热系数气压浸渗

电子封装用金刚石/铝复合材料的显微组织与热膨胀性能

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热加工工艺 2010年第14期39卷 59-62页

作者：冯号于家康薛晨马明辉西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072

在金刚石表面镀钛改善金刚石与铝合金之间的界面结合,并用气压浸渗工艺制备镀钛金刚石颗粒增强铝基复合材料。对复合材料的显微组织进行了研究,测试了复合材料的热膨胀系数。结果表明,镀钛金刚石颗粒与铝合金基体之间界面结合良好,材料... 详细信息

在金刚石表面镀钛改善金刚石与铝合金之间的界面结合,并用气压浸渗工艺制备镀钛金刚石颗粒增强铝基复合材料。对复合材料的显微组织进行了研究,测试了复合材料的热膨胀系数。结果表明,镀钛金刚石颗粒与铝合金基体之间界面结合良好,材料的断裂以基体断裂为主,同时存在一定量的界面断裂;选用形貌规则的金刚石有利于提高复合材料中金刚石的体积分数,从而降低复合材料的热膨胀系数。

关键词：镀层复合材料气压浸渗微观组织热膨胀性能

Al/SiC_P电子封装材料嵌入金属元件的组织与性能研究

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热加工工艺 2008年第2期37卷 1-4,8页

作者：张志庆于家康西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072

采用气压浸渗技术完成了Al/SiCP电子封装材料嵌入金属元件的制备,应用能谱分析、XRD观察了界面层微观组织,并对界面连接强度进行了抗弯强度性能测试。结果表明,在制备Al/SiCP电子封装材料的同时,可以实现复合材料与固态金属(FeNi50、Ti... 详细信息

采用气压浸渗技术完成了Al/SiCP电子封装材料嵌入金属元件的制备,应用能谱分析、XRD观察了界面层微观组织,并对界面连接强度进行了抗弯强度性能测试。结果表明,在制备Al/SiCP电子封装材料的同时,可以实现复合材料与固态金属(FeNi50、Ti)的可靠连接。Al/SiCP/FeNi50界面层生成Al3Ni、FeAl3、AlNi金属间化合物,厚度约40μm。预制型预热温度低于730℃时,Al/SiCP/Ti界面没有Al/Ti金属间化合物生成,界面抗弯强度可达Al/SiCP的59%～80%。

关键词： Al/SiCp 气压浸渗界面层抗弯强度

硅颗粒氧化对Si_P/Al复合材料溶解现象的影响

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热加工工艺 2010年第14期39卷 72-74,79页

作者：谭雯于家康薛晨西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072

采用气压浸渗法制备了SiP/Al复合材料,研究了Si颗粒氧化及其在铝合金液中的溶解,测定了复合材料在25～200℃的热膨胀系数。结果表明,调整氧化温度和保温时间可改变Si颗粒氧化程度;SiO2氧化层能有效减少Si颗粒的溶解,提高Al/Si界面的结... 详细信息

采用气压浸渗法制备了SiP/Al复合材料,研究了Si颗粒氧化及其在铝合金液中的溶解,测定了复合材料在25～200℃的热膨胀系数。结果表明,调整氧化温度和保温时间可改变Si颗粒氧化程度;SiO2氧化层能有效减少Si颗粒的溶解,提高Al/Si界面的结合强度,并降低热膨胀系数值;Si颗粒在1150℃保温2 h后,溶解现象基本消失。

关键词：复合材料气压浸渗氧化扩散电子封装

高导热石墨片/铝复合材料的增强体结构设计及其性能研究

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高导热石墨片/铝复合材料的增强体结构设计及其性能研究

作者：彭仁江苏大学

学位级别：硕士

随着电子元器件不断小型化、集成化、高频化和大功率化,散热能力不足成为微电子领域面临的主要挑战之一,对高导热电子封装材料的开发迫在眉睫。碳增强金属基复合材料因其高导热、低膨胀系数且良好的力学性能等优势,受到科学家们的广泛关... 详细信息

随着电子元器件不断小型化、集成化、高频化和大功率化,散热能力不足成为微电子领域面临的主要挑战之一,对高导热电子封装材料的开发迫在眉睫。碳增强金属基复合材料因其高导热、低膨胀系数且良好的力学性能等优势,受到科学家们的广泛关注,考虑到成本及可加工性等问题,铝/石墨片复合材料被认为是一种理想的热管理候选材料。本文基于微分有效介质理论、Hatta-Taya理论模型以及声学失配模型设计了高导热铝/石墨片(Al/Gf)复合材料,采取盐浴法在石墨片表面镀覆碳化物层,通过加入金刚石颗粒构建浸渗通道,最后利用真空气压浸渗法制备Gf(Ti)-Diamond/Al复合材料。用SEM、EDS、XRD、FIB和TEM等设备表征了石墨片和复合材料表面形貌、微观组织及物相组成,分析了镀覆工艺和石墨片尺寸对镀层结构和复合材料界面结构的影响;并通过增强体的结构设计,获得具有优异导热性能、热膨胀系数和弯曲强度的复合材料。研究内容如下:基于微分有效介质理论、Hatta-Taya理论模型以及声学失配模型,探究了不同界面层元素的引入对复合材料的界面热导和理论热导率的影响。结果显示,在镀层厚度为10-400nm范围内,不同界面层对复合材料导热率改善作用如下:CrC气压浸渗法制备了30vol.%Gf(Ti)-Diamond/Al复合材料,对其界面结构、导热能力和抗弯强度进行了表征测试。结果表明,通过石墨片金属化的方式引入的TiC层有效抑制了易水解相AlC的形成,改善了石墨片与铝基体的结合,有效提高了复合材料导热率;金刚石颗粒的加入为铝液浸渗提供了有效通道,并提高了复合材料的抗弯强度。制得的Gf(Ti)-Diamond/Al致密度最高达99%以上,热导率和抗弯强度最高分别达351.7 W/(m·K)和122.6MPa。随镀覆温度提高,石墨片镀层出现增厚、开裂和脱落等现象,复合材料界面热阻增大,导致复合材料导热率、热膨胀系数以及抗弯性能不同程度的削弱。在室温下的Gf(Ti)-Diamond/Al复合材料CTE值在平行于石墨片基面方向上最低仅6.33×10/K,而在垂直于石墨片基面方向上的CTE值最低仅3.2×10/K,可以完美契合半导体材料的热膨胀系数。综上所述,本文采用盐浴法在石墨片表面引入TiC碳化物层,抑制了复合材料中易水解相AlC形成,极大改善了复合材料的力学性能,利用气压浸渗法制备了高致密度的Al/Graphite flake复合材料。实验结果表明,所得复合材料的密度为2.61-2.75 g/cm,复合材料的致密度均超过96%,TC值最高达351.7 W/(m·K),抗弯强度最高达到了122.6MPa。在室温下,复合材料平行石墨片方向和垂直于石墨片方向上的CTE值仅6.33×10/K和3.2×10/K,与半导体材料的CTE值十分接近,还满足了热管理材料对轻质化的要求,为铝/石墨片复合材料在热管理材料中的应用发展提供了实践依据。

关键词：铝/石墨片复合材料结构设计气压浸渗导热性能抗弯性能