氧化铝助烧剂对SiCp/Al复合材料物理性能的影响

摘要

SiCP/Al复合材料具有高热导率、高强度、低热膨胀系数、低密度等优异性能，其作为电子封装材料的作用受到众多研究工作者的重视。无压熔渗法作为一种制备含高体积分数SiC复合材料的有效方法，具有制备工艺简单、可近净成形等优点。目前SiCP/Al复合材料的制备工艺和原理已经研究的比较成熟，但其工业化生产在国内未得到推广，生产的产品性能也与国外有一定的差距，需要进一步提高。
　　本文采用添加Al2O3助烧剂来改善SiC颗粒的结合，通过扫描电镜(SEM)、电子散射能谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等技术分析了添加氧化铝助烧剂对原料处理、预制件制备、熔渗温度、熔渗时间、复合材料的界面反应和物理性能的影响。主要为:
　　(1)研究了HCl和HF的混合酸对SiC粉料中的杂质和颗粒表面氧化层的去除效果;分别将SiC颗粒在1600℃氧气和2050℃氩气中进行高温预处理，分析了SiC颗粒的钝化情况;SiC颗粒预氧化后在颗粒表面生成一层致密的SiO2薄膜，且SiO2的结构为方石英;通过自行设计的装置，采用喷雾干燥法向预处理后的SiC粉料中添加亚微米级的Al2O3，得到的混合粉均匀性好，无团聚现象。
　　(2)研究了PVA粘结剂的添加量、压制压力和烧结温度对预制件生坯压制、孔隙率和抗弯强度的影响。实验结果表明，粘结剂的添加对预制件生坯的成形性影响较大;压制压力和烧结温度对预制件孔隙率影响较大;莫来石界面结合的预制件相比二氧化硅界面结合的预制件抗弯强度显著提高。
　　(3)基于正交试验研究了Al2O3添加量、预制件烧结时间、熔渗温度和熔渗时间对SiCP/Al复合材料抗弯强度和热导率的影响。实验结果表明，适当添加Al2O3能显著提高复合材料的抗弯强度，而对热导率的影响不大。最佳制备工艺为:氧化铝添加量2.0 at％，预制件烧结温度1400℃，烧结时间2h，熔渗温度950℃，熔渗时间1 h;此外，莫来石界面的生成能有效阻止有害物质Al4C3的生成。制得的复合材料的抗弯强度为344Mpa和热导率为165 W·m-1·K-1。
　　最后在总结本文实验结果的基础上，提出了对无压熔渗法制备SiCP/Al复合材料工业化生产的建议，为国内SiCP/Al复合材料工业化生产提供技术支持和实验依据。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 金属基复合材料

1．3 SiC增强铝基复合材料

1．4 电子封装材料

1．5 SiCp／Al复合材料的制备方法

1．5．1 粉末冶金法

1．5．2 搅拌铸造法

1．5．3 挤压铸造法

1．5．4 喷射沉积法

1．5．5 无压熔渗法

1．6 SiCp／Al复合材料的国内外研究进展

1．7 本课题研究内容及意义

第二章 SiCp／Al复合材料无压熔渗机理和分析

2．1 引言

2．2 浸渗机理

2．3 浸渗反应

第三章 SiCp／Al复合材料的制备和表征

3．1 实验原料

3．1．1 SiC颗粒

3．1．2 粘结剂

3．1．3 修饰剂

3．1．4 铝合金

3．2 SiCp／Al复合材料的制备流程

3．3 实验原料及设备

3．4 表征方法

3．4．1 材料孔隙率及密度的测定

3．4．2 显微形貌及组成元素分析

3．4．3 抗弯强度的测定

3．4．4 热导率的测定

3．4．5 物相分析

第四章 SiC颗粒的改性

4．1 引言

4．2 SiC颗粒预处理

4．2．1 钝化处理

4．2．2 酸洗处理

4．3 氧化处理

4．4 添加Al2O3助烧剂

4．5 实验结果与分析

4．5．1 预处理分析

4．5．2 氧化分析

4．5．3 添加Al2O3助烧剂结果

4．5．4 本章小结

第五章 SiC预制件的制备

5．1 引言

5．2 预制件的制备方法

5．3 SiC生坯的制备

5．3．1 混料

5．3．2 SiC生坯压制

5．4 SiC预制件的烧结

5．4．2 SiO2和Al2O3反应烧结

5．5 实验结果与分析

5．5．1 预制件界面

5．5．1 孔隙率

5．5．2 抗弯强度

5．5．3 本章小结

第六章 无压熔渗法制备SiCP／Al复合材料

6．1 助渗剂的选择

6．2 熔渗温度

6．3 熔渗时间

6．4 实验结果与讨论

6．4．1 添加助渗剂结果

6．4．2 正交实验结果

6．4．3 极差分析

6．4．4 方差分析

6．4．5 讨论

6．4．6 结论

6．5 本章小结

第七章 全文总结

7．1 结论

7．2 本文创新点

7．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果情况