高体分率SiCp/Al-6061Al盒形件半固态模锻连接研究

摘要

高体分率SiCp/Al-6061Al盒形件作为可连接的电子封装壳体，具有高导热、低膨胀、低密度等特性，能够对内部电子元器件提供机械支持、密封保护和散热途径等作用。本文采用复合材料半固态模锻连接一体化成形方法，研究高体分率SiCp/Al-6061Al盒形件的近净成形制备工艺，并探讨不同的SiC体分率、颗粒度和工艺参数对盒形件热物理性能、力学性能、致密度及连接效果的影响。
　　复合材料半固态模锻连接主要工序有：粉末预处理—混粉球磨—冷压制坯—热压密实—二次重熔—模锻连接。主要实验内容包括：对 SiC粉末预处理以提高粉体的分散性；与纯铝粉混合配制不同 SiC体分率（50vol.％、55vol.%和60vol.%）和颗粒度（14μm、48μm和14/48μm）的共5批混合粉末，并进行混合球磨以获得均匀的粉末；冷压中混合粉末与6061铝合金框一起钢模压制；经热压成形获得致密性良好，具有三维Al基连通的可触变的半固态坯料；在不同坯料加热温度、保温时间、成形压力下模锻连接成形，获得最终盒形件。
　　通过性能测试后对比分析发现：随 SiC体分率增加，其热导率、热膨胀、抗弯强度、致密度和连接界面抗剪强度均降低；随SiC颗粒度增大，其热膨胀、抗弯强度和致密度降低，但热导率提高；随坯料加热温度升高，热导率和热膨胀系数也降低，50vol.%盒形件抗弯强度提高，但55vol.%和60vol.%盒形件抗弯强度降低；随坯料保温时间增加，其抗弯强度先提高后降低；随成形压力增大，其抗弯强度提高。
　　综合对比分析盒形件的各项性能及连接效果后发现，在坯料加热温度为640℃，保温时间为8min，成形压力为987MPa的工艺参数下模锻连接效果最好，在此条件下55vol.%-14μm SiCp/Al-6061Al盒形件的致密度达到98.7%，热导率为144W/(m·k)，热膨胀为9.09×10-6·K-1，抗弯强度为627MPa，连接界面的抗剪强度为181MPa。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的

1.2 颗粒增强复合材料的制备方法

1.3 SiCp/Al复合材料连接方法的研究现状

1.4 半固态连接技术

1.5 选题意义及研究内容

第2章 实验方案及研究方法

2.1 引言

2.2 实验方案

2.3 SiCp/Al-6061Al盒形件的制备

2.4材料性能测试方法

2.5本章小结

第3章 高体分率SiCp/Al-6061Al半固态坯料的制备

3.1 引言

3.2 粉末预处理

3.3 混粉球磨

3.4 冷压制坯

3.5 热压致密

3.6 本章小结

第4章 SiCp/Al-6061Al模锻连接及宏观充填效果

4.1 引言

4.2 试验工装设计及二次加热

4.3 SiCp/Al-6061Al模锻连接成形工艺参数的选择

4.4 SiCp/Al-6061Al盒形件连接宏观效果分析

4.5 SiCp/Al-6061Al盒形件模锻连接效果分析

4.6本章小结

第5章 高体分率SiCp/Al-6061Al盒形件性能分析

5.1 引言

5.2 SiCp/Al-6061Al盒形件微观组织观察及致密性分析

5.3 SiCp/Al-6061Al盒形件模锻连接机理分析

5.4 SiCp/Al-6061Al盒形件导热性能分析

5.5 SiCp/Al-6061Al盒形件热膨胀性能分析

5.6 SiCp/Al-6061Al盒形件力学性能分析

5.7 SiCp/Al-6061Al盒形件断口形貌观察

5.8 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢