采用熱壓燒結(jié)制備Al/50%Si復(fù)合材料。利用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察復(fù)合材料的微觀組織。研究復(fù)合添加0.5%～4%Cu和0.5%Mg對材料顯微組織、力學(xué)性能和熱物理性能的影響。結(jié)果表明:復(fù)合材料組織均勻細(xì)小,致密度高,綜合性能好,當(dāng)Cu添加量不超過1%,Mg添加量為0.5%時,Si顆粒沒有粗化;當(dāng)Cu添加量達(dá)到2%,Mg添加量為0.5%時,Si顆粒逐漸粗化。添加1%Cu和0.5%Mg后Al/50%Si復(fù)合材料的相對密度從98.5%上升到99.9%,抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度可分別達(dá)到293 MPa和412 MPa,熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率分別為11.0×10^-6/K和138 W/（m·K）,完全滿足高性能雷達(dá)用電子封裝材料的性能要求。 

【文章來源】：現(xiàn)代雷達(dá). 2020,42(08)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

Al/50%復(fù)合材料SEM照片

圖1為Al/50%Si復(fù)合材料金相照片。由圖1可知:當(dāng)Cu添加量不超過1%、Mg添加量為0.5%時,Si顆粒尺寸在20 μm以下,部分Si顆粒呈“蠕蟲狀”,有相互連接的趨勢,這種結(jié)構(gòu)的Si顆粒相對孤立分布的球狀Si顆粒而言更有利于組織基體變形,能在一定程度上提高復(fù)合材料力學(xué)性能,且Si顆粒相對于不添加Cu和Mg沒有發(fā)生明顯粗化,組織均勻,Al基體相互連通;當(dāng)Cu添加量為2%、Mg添加量為0.5%時,部分Si顆粒發(fā)生纏結(jié)、合并、長大,如圖1e)所示;而圖1f)中,當(dāng)Cu添加量為4%、Mg添加量為0.5%時,尺寸在20 μm以上的粗化Si顆粒體積分?jǐn)?shù)達(dá)50%以上。從組織均勻性方面考慮,對于Al/50%Si復(fù)合材料添加過量的合金元素并不合適。圖1 Al/50%復(fù)合材料金相照片

圖3是Al/50%Si復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由于Si含量高達(dá)50%,復(fù)合材料的伸長率不足5%,試樣在拉伸時沒有經(jīng)歷明顯的屈服和應(yīng)變硬化階段,且伸長率隨著添加的合金元素總量的增加而下降,而強(qiáng)度則是隨合金元素的增加先升高后下降。當(dāng)Cu添加量為1%、Mg添加量為0.5%時,復(fù)合材料的強(qiáng)度達(dá)到最大值。Al/50%Si復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制主要為Si顆粒強(qiáng)化,試樣在拉伸過程中,Si顆粒能有效阻止較軟的Al基體發(fā)生塑性變形;此外,合金元素的添加起到一定的固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用,使材料獲得一定的剛度和強(qiáng)度,當(dāng)材料內(nèi)部應(yīng)力累積到一定程度時,材料發(fā)生斷裂。圖4為Al/50%Si復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。未添加Cu和Mg的Al/50%Si復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度分別是225 MPa和351 MPa;添加0.5%的Mg后,復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度有小幅提高;而同時添加Cu和Mg,強(qiáng)度提高更明顯,當(dāng)添加1%的Cu和0.5%的Mg時,抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度分別可達(dá)293 MPa和412 MPa,提高幅度分別為30%和17%。強(qiáng)度的提高主要與合金元素的添加有關(guān)。Cu和Mg在Al基體中有一定的固溶度,對基體有固溶強(qiáng)化作用,但大部分添加的合金元素在熱壓過程析出來,形成顆粒狀的Al2Cu相和塊狀的Al-Si-Cu-Mg相,析出強(qiáng)化效果明顯。對于非真空霧化的鋁合金粉末,表面不可避免有一層較薄的氧化膜,適量的Mg能在熱壓過程中凈化粉末中的氧;此外,合金元素的添加能使粉末在熱壓過程中形成小范圍的液相,有利于粉末與粉末之間的粘結(jié),提高粉末熱壓制品的致密度[7]。本實驗中未添加合金元素的Al/50%Si復(fù)合材料相對密度為98.5%,而添加1%的Cu和0.5%的Mg后相對密度達(dá)99.9%。同時,合金元素的添加可以降低熱壓溫度,實現(xiàn)較低溫度下粉末的致密化,有利于降低晶粒和Si顆粒尺寸。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3612141