无压浸渗法制备β-SiC/Al电子封装材料及其性能研究

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SiCp/Al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。目前广泛采用的SiCp/Al复合材料的制备方法为工艺复杂、设备昂贵的压力浸渗。由于无压浸渗技术具有工艺简单,成本低廉等优点,本文采用无压浸渗法在空气环境下,制备出了β-SiCp/Al复合材料,并对复合材料的微观组织和元素分布进行了观察和分析;讨论了润湿性原理和无压浸渗方法的机理;研究了Mg、Si元素对无压浸渗过程的影响;测试了不同工艺下β-SiCp/Al复合材料的热导率、热膨胀系数等热物理性能;并研究了SiC颗粒体积含量,粒径大小对复合材料热物理性能的影响。研究表明,无压浸渗法制备β-SiCp/Al复合材料的关键在于β-SiCp/Al界面润湿的转变,碳化硅的氧化处理对β-SiCp/Al界面的润湿性转变起着重要的作用;在铝合金基体中添加适量的Mg,会在界面处与SiO2参与反应生成MgAl2O4,界面反应改善了β-SiCp/Al界面的润湿性,促进了无压自发浸渗。基体合金中Si的存在,抑制了界面有害相Al4C3的生成。所制备的复合材料组织中,SiC分布均匀,组织致密。浸渗温度的提高,有利于浸渗速度的增加,但浸渗后期速率逐渐降低。制备出的复合材料颗粒体积分数为5570%,复合材料的热导率介于140170W·m-1·K-1之间,热膨胀系数在6.69.7×10-6K-1之间。随着SiC体积分数的增加,复合材料的相对密度略有下降,复合材料的热导率和热膨胀系数都呈下降趋势,当SiC体积分数增加为65%左右时,热导率下降逐渐趋于平缓;当SiC体积分数增加为68%时,热膨胀系数显著减小。在体积分数一定的情况下,随着SiC颗粒粒径的增加,复合材料中界面减小,β-SiCp/Al复合材料的热导率增加,同时热膨胀系数也增大。
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