基体合金元素对Sip/Al复合材料组织和性能的影响

摘要

本论文以航空航天用电子封装复合材料为研究背景，拟开发高导热、低膨胀、高强度、低密度等综合性能优良的Sip/Al电子封装复合材料，并通过研究Mg元素和Si元素含量对Sip/Al复合材料微观组织和性能的影响规律，指导未来Sip/Al复合材料中合金化处理工艺。本文采用专利技术（压力浸渗技术）制备不同 Mg元素和Si元素含量的Sip/Al电子封装复合材料，硅颗粒的尺寸为20~30μm。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对材料的组织形貌进行观察，利用电子万能拉伸试验机、热导率测试仪和热膨胀测试仪对Sip/Al复合材料的力学性能和热物理性能进行了测试。
　　随着Mg元素含量的增加，Sip/Al复合材料孔洞逐渐增多，硅颗粒的棱角更明显。Mg元素含量在3.84wt.％以下时，复合材料的力学性能基本不变；当Mg元素含量为16.65wt.%时，Mg元素与Si颗粒反应生成大量的Mg2Si，同时材料的力学性能下降。随着基体中Mg元素含量的增加，由于材料中孔洞增多以及低导热的Mg2Si含量在Si颗粒表面生成，Sip/Al复合材料的热导率呈下降趋势。Mg元素含量低于3.84wt.%时，热膨胀系数随Mg元素含量的增加而增大，当Mg元素含量为16.65 wt.%时，复合材料的热膨胀系数下降。
　　随着Si元素含量提高，Sip/Al复合材料中孔洞逐渐减少，硅颗粒的棱角逐渐明显，小尺寸硅颗粒增多。随着基体中Si元素含量的增加，Sip/Al复合材料的弯曲强度先上升后下降，Si含量为1.98wt.%时达到最大值238.8MPa。Si含量增加使基体中析出的Si相增多，从而使材料力学性能提高。Si元素含量过高会导致溶解析出的Si减少，棱角状的硅颗粒降低了复合材料的力学性能。
　　随着基体中Si元素的增加，Sip/Al复合材料的热导率先上升后下降。Si含量为1.98%时热导率达到最大值159.5W/(m?K)。尺寸较小的硅颗粒数量随Si元素增加而增加，导致复合材料的界面增加，热导率降低。Si元素在0.28%~4.75%范围内，随Si含量提高，热膨胀系数提高，Si含量为6.95%时，复合材料的热膨胀系数下降。
　　对基体合金中Mg和Si含量不同的Sip/Al复合材料的组织观察及性能测试表明：Mg元素的加入，由于与Si颗粒反应生成Mg2Si，会降低Sip/Al的力学性能和导热性能，因此应避免在Al基体中加科Mg元素；而过高的Si元素会导致细小硅相的析出，也会降低Sip/Al的导热性能，因此最优的Si含量应在1.98wt.%左右。基体中Si元素含量为1.98%时，Sip/Al的复合材料致密度（99.1%）、弯曲强度（238.8MPa）、热导率（159.5W/(m?K)）和热膨胀（20℃，8.7×10-6/K）等性能完全满足电子封装材料的要求。

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第1章 绪 论

1.1 电子封装材料概述

1.2 金属基电子封装材料简介

1.3 Si/Al电子封装材料研究现状

1.4 论文研究的目的、内容及意义

第2章 材料与试验方法

2.1 试验用材料

2.2 试验方法

第3章 复合材料的设计及制备

3.1 引言

3.2 Sip/Al电子封装复合材料制备

3.3 Sip/Al的金相显微组织观察

3.4 Sip/Al的TEM组织观察

3.5 本章小结

第4章 Mg元素含量对Sip/6063-Mg组织与性能的影响

4.1 引言

4.2 Mg元素对Sip/6063-Mg复合材料的微观组织的影响

4.3 Mg元素对Sip/6063-Mg复合材料的力学性能影响

4.4 Mg元素对Sip/6063-Mg复合材料的热物理性能的影响

4.5 本章小结

第5章 Si元素含量对Sip/6063-Si组织与性能的影响

5.1 引言

5.2 Si元素对Sip/6063-Si复合材料的微观组织的影响

5.3 Si元素对Sip/6063-Si复合材料的力学性能影响

5.4 Si元素对Sip/6063-Si复合材料的热物理性能的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢