本文關(guān)鍵詞：Al-50wt.%Si合金硅相控制及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超高硅鋁合金因具有低密度、低的膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱等優(yōu)異的性能,在電子封裝領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以超高硅鋁合金(Si含量為50wt.%)為研究對(duì)象,研究了過熱溫度、細(xì)化劑含量以及噴射沉積技術(shù)對(duì)初晶硅形貌和尺寸的影響,系統(tǒng)分析了不同制備方法初晶硅相變化機(jī)理及對(duì)合金力學(xué)性能、熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率的影響規(guī)律。采用鑄造方法制備的合金,初晶硅相形貌以板條狀為主,隨著過熱溫度由100℃升高到500℃,初晶硅的平均尺寸由171μm降低到103μm,但其形貌未發(fā)生明顯改變。細(xì)化劑P的加入在合金中形成細(xì)小顆粒狀A(yù)l P相,可為初晶硅提供異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn),使初晶硅明顯細(xì)化,其形貌由板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅蔚膲K狀;當(dāng)P加入量為0.5wt.%時(shí),初晶硅平均尺寸為38μm;而過量P的加入則使Al P相產(chǎn)生團(tuán)聚,其形貌由顆粒狀向針狀轉(zhuǎn)變,降低了形核質(zhì)點(diǎn)數(shù)量,初晶硅的平均尺寸略有升高。此外,P的加入改變了合金中初晶硅相的形核溫度,當(dāng)加入1.3wt.%P時(shí),合金凝固過程中由于熔體中過量P的存在,Al P相的形核在較低的過冷度下就可以進(jìn)行,熔體中的Si晶核依附與Al P相生長(zhǎng),使初晶硅的形核溫度升高22.6℃;當(dāng)加入0.5wt.%P時(shí),Al P相的形核需要較高的過冷度,同時(shí)熔體中的P原子對(duì)硅相的形核有一定的抑制作用,導(dǎo)致初晶硅相的形核溫度降低55℃。采用噴射沉積制備的合金,由于冷卻速度提高,初晶硅相進(jìn)一步細(xì)化,其平均尺寸為11.6μm。此時(shí),高冷速條件過冷度對(duì)初晶硅形核質(zhì)點(diǎn)數(shù)量的影響大于細(xì)化劑P添加的影響。采用混合酸萃取研究發(fā)現(xiàn),板片狀初晶硅主要以TPRE機(jī)制生長(zhǎng)。細(xì)化劑P的加入雖然改變了初晶硅的形貌和尺寸,但其生長(zhǎng)方式依舊是TPRE生長(zhǎng)機(jī)制,依附于Al P相上生長(zhǎng)的初晶硅最終形貌為團(tuán)聚狀,自發(fā)長(zhǎng)大的初晶硅主要呈現(xiàn)低縱橫比的板片狀。隨著冷卻速度的提高,初晶硅的生長(zhǎng)方式由小平面生長(zhǎng)向小平面、非小平面混合生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變。初晶硅生長(zhǎng)的各向異性減弱,噴射沉積合金組織中出現(xiàn)大量塊狀多面體初晶硅。噴射沉積合金晶粒和初晶硅尺寸明顯降低,但合金中Si含量過高,嚴(yán)重抑制了其變形,變形激活能達(dá)到413.17k J/mol;建立了合金的熱加工圖,沉積態(tài)合金在低溫低應(yīng)變速率區(qū)出現(xiàn)失穩(wěn)區(qū),在高溫區(qū)功率耗散η值達(dá)到最大。采用模壓和熱等靜壓技術(shù)對(duì)合金進(jìn)行致密化處理。研究結(jié)果表明,P細(xì)化合金適合采用模壓法進(jìn)行致密化,致密化合金經(jīng)固溶處理后組織中長(zhǎng)枝狀的共晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小橢球狀;沉積態(tài)合金適合采用熱等靜壓致密化,致密化后初晶硅尖角逐漸鈍化,均降低了合金中應(yīng)力集中區(qū)。未細(xì)化合金熱處理后極限抗拉強(qiáng)度只有36.7MPa,斷口形貌呈現(xiàn)明顯的穿晶斷裂;P細(xì)化合金由于初晶硅平均尺寸降低,內(nèi)部缺陷數(shù)量減少,熱處理后合金極限抗拉強(qiáng)度達(dá)到160.3MPa,與未細(xì)化合金相比,提高了336.8%,斷口出現(xiàn)少量韌窩;噴射沉積合金初晶硅進(jìn)一步細(xì)化,熱等靜壓和去應(yīng)力退火后抗拉強(qiáng)度為167.8MPa,斷口形貌呈現(xiàn)明顯的沿晶斷裂特征。鑄造方法制備的Al-50wt.%Si合金,熱膨脹系數(shù)隨著孔隙率的增加和初晶硅細(xì)化而降低。噴射沉積合金由于較快的冷卻速度,初晶硅內(nèi)部固溶的Al原子來不及析出,該固溶體的存在使沉積態(tài)合金的熱膨脹系數(shù)高于鑄造方法制備的合金。隨著合金致密化過程的進(jìn)行,部分Al原子析出,合金的熱膨脹系數(shù)降低。未細(xì)化合金由于初晶硅尺寸較大,割裂了Al基體,阻礙了Al基體的電子傳熱,熱導(dǎo)率低于P細(xì)化合金。氣孔的存在惡化合金的熱導(dǎo)率,隨著致密化的進(jìn)行,合金熱導(dǎo)率升高。噴射沉積制備的合金經(jīng)熱等靜壓處理后,熱導(dǎo)率隨溫度升高降低的幅度低于P細(xì)化合金,低溫時(shí),熱導(dǎo)率低于P細(xì)化合金,當(dāng)溫度升高到200℃時(shí),熱導(dǎo)率高于P細(xì)化合金。P細(xì)化合金和噴射沉積合金的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率完全滿足電子封裝材料在使用過程中的熱性能指標(biāo)(CTE:7~13×10-6/K,TC100W/m·K)。與其它制備方法比較發(fā)現(xiàn),本文制備的合金具有更加優(yōu)異的綜合熱性能。
【關(guān)鍵詞】：Al-50wt.%Si合金 噴射沉積 P細(xì)化 致密化 熱膨脹系數(shù) 熱導(dǎo)率
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG292
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第1章 緒論15-37
• 1.1 課題背景和研究意義15-16
• 1.2 電子封裝材料的種類及性能要求16-19
• 1.2.1 電子封裝材料分類16-17
• 1.2.2 電子封裝材料性能要求17-19
• 1.3 噴射沉積超高硅鋁合金制備及研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3.1 噴射沉積超高硅鋁合金制備19-20
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-23
• 1.4 過共晶鋁硅合金中初晶硅變質(zhì)與細(xì)化23-32
• 1.4.1 初晶硅的磷細(xì)化24-25
• 1.4.2 初晶硅的稀土變質(zhì)25-27
• 1.4.3 初晶硅的復(fù)合變質(zhì)27-29
• 1.4.4 初晶硅的快速冷卻細(xì)化29-30
• 1.4.5 初晶硅的超聲波細(xì)化處理30-32
• 1.5 過共晶鋁硅合金中初晶硅細(xì)化機(jī)制32-35
• 1.5.1 異質(zhì)核心機(jī)制32-33
• 1.5.2 界面臺(tái)階機(jī)制33-34
• 1.5.3 雜質(zhì)誘發(fā)孿晶機(jī)制34-35
• 1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容35-37
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法37-45
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原材料37
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料制備37-41
• 2.2.1 鑄態(tài)合金的制備37-39
• 2.2.2 噴射沉積Al-50wt.%Si合金沉積坯錠及纖維的制備39-40
• 2.2.3 熱處理40-41
• 2.2.4 熱變形實(shí)驗(yàn)41
• 2.3 材料的組織結(jié)構(gòu)分析41-42
• 2.3.1 X射線衍射分析41-42
• 2.3.2 光學(xué)金相及顯微組織觀察42
• 2.3.3 透射電鏡觀察42
• 2.3.4 DSC分析42
• 2.4 材料性能測(cè)試42-45
• 2.4.1 致密度測(cè)試42-43
• 2.4.2 室溫拉伸性能測(cè)試43
• 2.4.3 N、H、O含量測(cè)試43
• 2.4.4 熱膨脹系數(shù)測(cè)試43-44
• 2.4.5 熱導(dǎo)率測(cè)試44-45
• 第3章 不同細(xì)化處理對(duì)Al-50wt.%Si合金組織影響45-76
• 3.1 引言45
• 3.2 熔體過熱處理對(duì)Al-50wt.%Si合金組織的影響45-50
• 3.3 P添加對(duì)Al-50wt.%Si合金組織的影響50-57
• 3.3.1 P添加對(duì)Al-50wt.%Si合金初晶硅相細(xì)化機(jī)制50-55
• 3.3.2 P添加對(duì)Al-50wt.%Si合金重熔性的影響55-57
• 3.4 冷卻速度對(duì)P細(xì)化前后Al-50wt.%Si合金組織影響57-67
• 3.4.1 噴射沉積Al-50wt.%Si合金57-61
• 3.4.2 熔體旋淬Al-50wt.%Si合金纖維61-67
• 3.5 不同冷卻速度初晶硅生長(zhǎng)機(jī)制67-75
• 3.5.1 低冷速初晶硅的長(zhǎng)大行為68-72
• 3.5.2 噴射沉積初晶硅的長(zhǎng)大行為72-75
• 3.6 本章小結(jié)75-76
• 第4章 Al-50wt.%Si合金致密化及力學(xué)性能76-102
• 4.1 引言76
• 4.2 噴射沉積Al-50wt.%Si合金高溫壓縮變形行為76-87
• 4.2.1 高溫壓縮真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線76-79
• 4.2.2 沉積態(tài)Al-50wt.%Si合金壓縮激活能79-84
• 4.2.3 沉積態(tài)合金熱加工圖84-87
• 4.3 Al-50Wt.%Si合金的致密化87-94
• 4.3.1 模壓處理對(duì)合金致密度和組織的影響87-90
• 4.3.2 熱等靜壓處理對(duì)合金致密度和組織的影響90-94
• 4.4 Al-50Wt.%Si合金的力學(xué)性能94-100
• 4.4.1 熱處理前后Al-50wt.%Si合金微觀組織變化94-97
• 4.4.2 Al-50wt.%Si合金的抗拉強(qiáng)度97-98
• 4.4.3 拉伸斷口分析98-100
• 4.5 本章小結(jié)100-102
• 第5章 Al-50wt.%Si合金熱膨脹及導(dǎo)熱性能102-130
• 5.1 引言102
• 5.2 Al-50Wt.%Si合金的熱膨脹性能102-116
• 5.2.1 初晶硅尺寸對(duì)熱膨脹性能的影響102-107
• 5.2.2 噴射沉積對(duì)熱膨脹性能的影響107-111
• 5.2.3 熱循環(huán)對(duì)熱膨脹性能的影響111-112
• 5.2.4 理論模型計(jì)算112-115
• 5.2.5 熱膨脹系數(shù)理論值與實(shí)驗(yàn)值的比較115-116
• 5.3 Al-50Wt.%Si合金的熱導(dǎo)率116-129
• 5.3.1 P細(xì)化前后合金的熱導(dǎo)率118-120
• 5.3.2 噴射沉積對(duì)合金熱導(dǎo)率的影響120-123
• 5.3.3 Al-50wt.%Si合金熱導(dǎo)率理論模型計(jì)算123-126
• 5.3.4 Al-50wt.%Si合金熱導(dǎo)率理論值與實(shí)驗(yàn)值比較126-129
• 5.4 本章小結(jié)129-130
• 結(jié)論130-132
• 參考文獻(xiàn)132-146
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文146-149
• 致謝149-150
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷150

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 張瑜;王宇鑫;廖文俊;王華鈺;楊穎;嚴(yán)彪;;稀土元素對(duì)過共晶鋁硅合金的變質(zhì)機(jī)理[J];金屬功能材料;2010年03期

2 張荻,易宏坤,呂維潔,范同祥;Influence of La on microstructures of hypereutectic Al-Si alloys[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2003年03期

3 張迪,楊濱,張濟(jì)山,張永安,熊柏青;Effect of deformation temperature and strain rate on semi-solid deformation behavior of spray-formed Al-70%Si alloys[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2005年05期

4 姜瀾;崔焱洲;史玉娟;丁友東;袁芳蘭;;添加NH_4AlO(OH)HCO_3原位生成Al_2O_3/Al復(fù)合材料的制備及其性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年10期

5 余琨;李少君;陳立三;趙為上;李鵬飛;;電子封裝材料過共晶硅-鋁合金的組織特征和熱性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年06期

6 李超;彭超群;余琨;王日初;楊軍;劉溶;;噴射沉積70%Si-Al合金電子封裝材料的組織與性能[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2009年02期

7 李艷霞;劉俊友;郭明海;;Al-25%Si合金過熱處理后的凝固行為和組織研究[J];鑄造;2013年04期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 戴洪尚;超高硅鋁合金中硅相的細(xì)化與界面性質(zhì)研究[D];山東大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：Al-50wt.%Si合金硅相控制及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：334840