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凝胶注模法制备高体积分数SiC/Al封装材料

吴金方  
【摘要】: 高体积分数SiC/Al复合材料以优异的热物理性能、力学性能和低的密度在电子封装方面显示了巨大的应用优势。由于它本身硬度高,很难进行机械加工成所需的形状。本文采用凝胶注模成型制备SiC预制件以及铝合金无压熔渗技术相结合,探讨高体积分数SiC/Al复合材料的近净成形制备工艺,研究SiC粉体凝胶注模特性,并对复合材料热学和力学性能及其影响因素进行了分析。 通过对SiC凝胶注模特性研究发现:添加分散剂和对SiC进行氧化处理能够有效提高SiC表面的zeta电位;SiC浆料的粘度随着体积分数的增加而变大,随着颗粒级配变细和分散剂含量的增加而降低,并确定分散剂的加入量为1wt%;凝胶注模时使用引发剂和催化剂的最佳含量分别是0.002g/ml和0.0004ml/ml;凝胶注模制备的SiC素坯颗粒分布均匀,力学性能良好。引入适量的粘结剂可降低SiC凝胶注模素坯的烧结温度,减少SiC的氧化程度,并使烧结前后SiC坯体尺寸稳定,其线形尺寸变化率在0.5%以内;以粒度组成为F80+F325+W14、F120+F325+W14、F170+ W28+W7和F170+W14的SiC混合粉为原料分别制备出SiC含量在67%、64%、62%和60%的碳化硅预制件。 采用上述两种颗粒和三种陶瓷颗粒增强制备高体积分数的SiC/Al复合材料组织结构均匀致密,界面状态结合良好;复合材料断裂机制主要是碳化硅颗粒的脆性断裂;较细的颗粒级配有利于获得更高的力学强度;热处理改善力学强度效果明显;粒度组成分别为F80+F325+W14、F120+F325+W14、F170+ W28+W7和F170+W14 SiC/Al复合材料经过退火处理后力学强度分别从208MPa、241MPa、305MPa和303MPa增加到265MPa、276MPa、334MPa和365MPa。 SiC/Al复合材料的热导率随着SiC级配颗粒的增大和体积分数的增加而增加:SiC体积分数均为64%,粒度组成为F80+F325+W14、F120+F325+W14、F170+ W28+W7的SiC/Al复合材料的热导率分别为187W/m.K、175W/m.K和161W/m.K;复合材料的热膨胀系数主要受SiC体积分数的影响,随着颗粒体积分数的增加而减小,粒度为F120+F325+W14的SiC体积分数从64%增加到67%时相应的CTE从6.8×10-6/K降低到5.6×10-6/K。


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