【摘要】：含高體積分?jǐn)?shù)硅Al-Si復(fù)合材料具有密度低、熱膨脹系數(shù)低和熱導(dǎo)率高的特性,是一種性能優(yōu)良的電子封裝材料。采用熔鑄法制備這種復(fù)合材料,具有致密度高、界面結(jié)合強(qiáng)度高和成本低廉的優(yōu)點(diǎn),但是熔鑄法制備的含高體積分?jǐn)?shù)硅的Al-Si復(fù)合材料的凝固組織中存在粗大的板片狀初晶硅,嚴(yán)重惡化了這種材料的力學(xué)性能和物理性能,因此,必須采取各種工藝措施改變初晶硅相的尺寸、形態(tài)和分布,以提高其性能。本文采用熔鑄法制備Al-50wt.%Si復(fù)合材料,分別研究了熔體過(guò)熱處理、稀土變質(zhì)、磷變質(zhì)對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料微觀(guān)組織的影響及作用機(jī)理,并對(duì)熔鑄法制備的Al-50wt.%Si復(fù)合材料的抗彎性能、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)進(jìn)行了研究,研究結(jié)果及結(jié)論如下:(1)研究了熔體過(guò)熱處理對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料凝固組織的影響,在1150~1450℃溫度區(qū)間內(nèi)對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料熔體進(jìn)行過(guò)熱處理,結(jié)果表明:凝固后的Al-50wt.%Si復(fù)合材料中的初晶硅及共晶硅的尺寸和形態(tài)均未發(fā)生明顯改善,初晶硅仍為粗大的板片狀,共晶硅仍為細(xì)長(zhǎng)針狀,說(shuō)明在該溫度范圍內(nèi)熔體過(guò)熱處理對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料凝固組織的影響很小。(2)研究了混合稀土變質(zhì)處理對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料凝固組織的影響,加入0.4~1.2wt.%的混合稀土對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料熔體進(jìn)行變質(zhì)處理,研究結(jié)果表明:稀土元素對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料凝固組織中的共晶硅有明顯的細(xì)化和變質(zhì)效果,使共晶硅的形態(tài)由針狀轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀,稀土加入量為1.2%時(shí),對(duì)共晶硅變質(zhì)效果達(dá)到最佳。然而,稀土變質(zhì)對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料中的初晶硅沒(méi)有明顯的細(xì)化效果。(3)研究了P變質(zhì)對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料微觀(guān)組織中初晶硅凝固形態(tài)的作用,采用Al-3P中間合金對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料熔體進(jìn)行變質(zhì)處理,結(jié)果表明:磷元素對(duì)Al-50wt.%Si復(fù)合材料中初晶硅的凝固形態(tài)有顯著的變質(zhì)作用,使其尺寸和形態(tài)均發(fā)生明顯變化,當(dāng)P加入量為0.5wt.%時(shí),變質(zhì)效果達(dá)到最佳,初晶硅的形貌由粗大的板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小均勻的多角塊狀,平均尺寸減小到40μm。(4)采用XRD、SEM-EDS、熱分析方法研究了P對(duì)初晶硅變質(zhì)的機(jī)理。結(jié)果表明:加入P后熔體中形成了大量的AIP粒子,作為初晶硅凝固的異質(zhì)晶核,極大地提高了初晶硅的形核率,使其細(xì)化并均勻分布。P變質(zhì)使復(fù)合材料中初晶硅大量結(jié)晶的臨界過(guò)冷度比未變質(zhì)時(shí)減少9.2℃。(5)P變質(zhì)顯著改善了Al-50wt.%Si復(fù)合材料中初晶硅和共晶硅的形態(tài),使得材料的抗彎強(qiáng)度和熱導(dǎo)率均得到顯著提高,當(dāng)P加入量為0.5%時(shí),Al-50wt.%Si復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和熱導(dǎo)率均達(dá)到最高,其中,抗彎強(qiáng)度達(dá)到206.27 MPa,是未變質(zhì)時(shí)的3.12倍,熱導(dǎo)率達(dá)到131.25 W/(m·K),是未變質(zhì)時(shí)的1.57倍,而P變質(zhì)前后Al-50wt.%Si復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)沒(méi)有明顯改變。
【圖文】：

圖 1. 1 噴射沉積工藝示意圖hematic drawing of spray deposition process以看出，該工藝綜合了快速凝固和半固體積分?jǐn)?shù) Al-Si 復(fù)合材料具有以下優(yōu)點(diǎn)

其具體工藝流程如圖 1.2 所示。1910 年，美國(guó)研究者庫(kù)成功制得了致密的鎢制品，故其被西方學(xué)者稱(chēng)為近代粉末世紀(jì)的不斷發(fā)展，，粉末冶金工藝已經(jīng)取得長(zhǎng)足的發(fā)展，被上世紀(jì)六十年代開(kāi)始，粉末冶金工藝開(kāi)始被應(yīng)用在制備含復(fù)合材料，粉末冶金工藝制備的該復(fù)合材料有很多優(yōu)點(diǎn)，比比例配制粉體，幾乎不受硅含量和材料熔點(diǎn)的限制，且能再分配和成分偏析。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB333

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本文編號(hào)：2707725