混合稀土Cu-Al合金薄板内氧化制备弥散铜IC框架材料研究

摘要

Al2O3弥散强化铜基复合材料不仅具有良好的导电性、导热性，高的室温强度，而且高温强度同样优越，广泛用于引线框架、电真空器件和电阻焊电极等。在众多制备方法中，用内氧化法制备的Al2O3弥散强化铜复合材料性能良好，但目前尚存在工艺复杂、生产周期长、成本昂贵等问题。
　　 本文采用以工业氮气中的余氧作为内氧化介质将Cu-Al合金和Cu-Al-RE合金在管式炉中直接进行内氧化，工艺过程简单。本文研究了温度、时间及混合稀土(Ce+Y)对Cu-Al合金内氧化动力学的影响；研究了内氧化法制备的Cu-Al2O3和Cu-Al2O3/(Ce+Y)复合材料的导电率、显微硬度、抗拉强度和并进行了显微组织观察，分析了(Ce+Y)对复合材料性能和显微组织的影响；并研究了Cu-Al2O3和Cu-Al2O3/(Ce+Y)复合材料显微硬度随退火温度的变化规律，及导电率、显微硬度和抗拉强度随变形量的变化关系，揭示了Al2O3弥散强化铜复合材料的高温软化和再结晶行为，为该类复合材料的制备和广泛应用提供依据。
　　 结果表明：在相同的内氧化温度条件下，添加稀土的Cu-Al合金内氧化层厚度明显比未添加的内氧化层厚度大，表现出明显的催渗效果，其中Cu-Al-0.1(Ce+Y)薄板在950oC×2h内氧化的氧化层厚度为363μm，比未添加的Cu-Al内氧化层厚度增加了60[％]；内氧化成功制备了Cu-Al2O3/RE复合材料，HREM和TEM分析和计算表明，经内氧化制备的Cu-Al2O3/RE复合材料在基体上生成了弥散分布的细小的γ-Al2O3颗粒，颗粒粒径约为5nm～10nm，颗粒间距约为10nm～30nm，在晶内和晶界弥散分布，与基体保持完全共格或半共格关系；适量稀土元素(Ce+Y)的加入提高了Cu-Al2O3复合材料的显微硬度和抗拉强度和软化温度。Cu-Al2O3/0.05(Ce+Y)复合材料的软化温度比未添加稀土(Ce+Y)的Cu-Al2O3复合材料的软化温度提高了100oC，达到800oC。变形量和混合稀土比例对Cu-Al2O3和Cu-Al2O3/(Ce+Y)复合材料的软化温度和再结晶温度影响不大；冷轧变形使Cu-Al2O3复合材料的显微硬度和抗拉强度得到了大幅度提高，且随着变形量的增加而增加。经950oC×2h内氧化制备的Cu-Al2O3复合材料经80[％]冷变形后，显微硬度和抗拉强度分别增加了45HV和168MPa，达到135HV和390MPa。
　　 本文研究表明，经950oC和2h内氧化制备的Cu-Al2O3/0.05(Ce+Y)复合材料综合性能最好，Cu-Al2O3/0.05(Ce+Y)复合材料经80[％]冷变形后，硬度和抗拉强度分别达到138HV和407MPa。