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题名	碳化硅颗粒形貌及热处理对SiCp/2024Al复合材料的性能影响规律
作者	汪洋
答辩日期	2019
导师	阎峰云
关键词	直热法粉末触变成形技术 SiCp/2024Al复合材料 碳化硅颗粒整形 抗折强度 热膨胀系数 热导率
学位名称	硕士
英文摘要	随着大功率IGBT模块的飞速发展,使得对性能优异的基板封装材料需求越来越大。在诸多电子封装材料中,高体积分数SiCp/Al复合材料因其较高的硬度、热导率和抗折强度,较低的热膨胀系数和密度等优异的性能,是以该基板材料具有极其重大的应用前景。本实验使用自主研发的直热法粉末触变成形技术制备60%volSiCp/2024Al复合材料,通过对碳化硅颗粒的形貌状态处理及复合材料的热处理来探究该复合材料的硬度、抗折强度等力学和热膨胀系数、热导率等热物理性能。本文采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、物相分析（XRD）等方法来观察复合材料的组织、成分,同时对复合材料的强度和热物理性能进行表征。本实验主要研究了碳化硅颗粒的形貌处理工艺,及形貌变化对复合材料的性能影响规律,另一方面,探究了复合材料的热处理工艺对复合材料性能的影响规律。取得的主要成果:碳化硅颗粒首先经1100℃×3 h高温氧化,其次使用10%HF酸洗球磨整形工艺。对整形过程的球料比、球径比和整形时间等参数进行研究,得到最佳的碳化硅颗粒整形工艺:球料比为1.5:1;Si3N4陶瓷球球径比为1.2 mm:0.8 mm:0.5mm=2:3:5;整形时间为10 h;转速为96 r/min。经整形后的碳化硅颗粒表面尖角得到有效的钝化,颗粒变得更近球形化,其最佳颗粒圆整度达到0.825,长径比为1.306。通过直热法粉末触变成形技术制备的60vol%SiCp/2024Al复合材料,所制备复合材料的微观组织,经过光学显微镜和扫描电镜观察碳化硅颗粒无团聚现象,均匀弥散的分布在铝基体上,增强相颗粒较为完整,界面较为洁净,增强相与基体结合良好,无明显的孔洞。由成分分析可知,复合材料中未发现Al4C3杂相生成。碳化硅颗粒经整形后较原始碳化硅颗粒所制备的SiCp/2024Al复合材料相对密度高,经整形5 h、10 h、15 h处理的SiCp/2024Al复合材料的相对密度分别比未经整形处理的SiCp/2024Al复合材料的相对密度提高了2.14%、2.66%、2.68%。颗粒形貌对SiCp/2024Al复合材料的热膨胀系数和热导率有显著影响,碳化硅颗粒经整形后,复合材料的热膨胀系数得到有效的降低,在25℃350℃温度区间控制在4.2×10-6/K9.8×10-6/K之间,复合材料的热导率大幅度的提高,较原始态提高了21.7%,达到197 W/（m·K）。同时也证明Turner模型可以用来预测高体积分数复合材料的CTE,改良后的H-J预测模型适用于双相颗粒增强金属基复合材料的热导率。SiCp/2024Al复合材料经过合适的热处理,可以提高SiCp/2024Al复合材料的力学性能,能进一步降低复合材料的热膨胀系数和提高复合材料的热导率。经讨论,得到最佳热处理工艺:当固溶温度为505℃、固溶时间为2 h时,复合材料的抗折强度和硬度达到峰值396 MPa和167 HBS;当人工时效温度为190℃、时效时间为20 h时,复合材料的抗折强度和硬度达到峰值425 MPa和234 HBS。复合材料的热膨胀系数在25℃350℃温度区间控制在3.8×10-6/K9.1×10-6/K之间,复合材料的热导率分别提高了20.3%和24.7%,最高达到202 W/（m?K）。通过对SiCp/2024Al复合材料的整体密度和硬度分布规律研究,得到复合材料各个部位的性能基本达到一致,说明复合材料在成形过程中,温度及压力分布是均匀的。同时,详细研究了6个相同条件下制备的SiCp/2024Al复合材料的密度、硬度、抗折强度及热膨胀系数变化规律,研究表明,6个SiCp/2024Al复合材料的性能差异较小,均在误差允许范围内,进一步指出直热法粉末触变成形技术工艺参数等较为成熟、稳定,已具备复合材料试生产的工艺条件。
语种	中文
页码	88
URL标识	查看原文
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94960]
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	汪洋. 碳化硅颗粒形貌及热处理对SiCp/2024Al复合材料的性能影响规律[D]. 2019.

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