硅鋁合金材料介紹

高硅鋁合金是由硅和鋁組成的二元合金.是一種主要用于航天航空、空間技術(shù)和便攜式電子器件的合金材料。

高硅鋁合金是由硅和鋁組成的二元合金，是一種金屬基熱管理材料。高硅鋁合金材料能夠保持硅和鋁各自的優(yōu)異性能，并且硅、鋁的含量相當(dāng)豐富，硅粉的制備技術(shù)成熟，成本低廉，同時(shí)這種材料對環(huán)境沒有污染，對人體無害。高硅鋁合金密度在2.4~2.7 g/cm3 之間，熱膨脹系數(shù)(CTE)在 7-20ppm/℃之間，提高硅含量可使合金材料的密度及熱膨脹系數(shù)顯著降低。同 時(shí)，高硅鋁合金還具有熱導(dǎo)性能好，比強(qiáng)度和剛度較高，與金、銀、銅、鎳的鍍覆性能好，與基材可焊，易于精密機(jī)加工等優(yōu)越性能，是一種應(yīng)用前景廣闊的電子封裝材料, 特別是在航天航空、空間技術(shù)和便攜式電子器件等高技術(shù)領(lǐng)域。

高硅鋁合金復(fù)合材料制備方法主要有以下幾種:1)熔煉鑄造;2)浸滲法;3)粉末冶金;4)真空熱壓法;5)急速冷卻/噴射沉積法。

1)熔煉鑄造法

熔煉鑄造法設(shè)備簡單、成本低及可實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)，是合金材料最廣泛的制備方法。利用常規(guī)鑄造的高硅鋁合金，Si的分布極不均勻，加工時(shí)易產(chǎn)生裂紋，材料存在嚴(yán)重的成分偏析，晶粒粗大，力學(xué)性能差等局限性，難以進(jìn)行機(jī)械加工等后續(xù)處理。隨著合金中硅含量的提高，問題更為突出，所以常規(guī)鑄造很難制備高硅鋁合金材料。

2)浸滲法

浸滲法分為壓力浸滲法和無壓浸滲法。壓力浸滲法是通過機(jī)械加壓或壓縮氣體加壓，使得基體金屬熔體浸入增強(qiáng)體間隙，可以解決增強(qiáng)材料和金屬液不潤濕而浸滲不完全等問題，但由于加壓系統(tǒng)相對復(fù)雜，故限制其應(yīng)用發(fā)展

3)粉末冶金

粉末冶金法的主要工藝是使一定比例的鋁粉和硅粉以及粘合劑均勻分散,通過干壓、注射等方法使粉末混合成型,最后在保護(hù)氣氛下燒結(jié)形成較為致密的材料。該法解決了硅顆粒與鋁基體潤濕性不好,硅顆粒難以加入熔體的問題,并且材料可以一次成形,少切削加工,克服了金屬基復(fù)合材料難以加工的缺點(diǎn)。但是這種方法工藝復(fù)雜,難以進(jìn)行精確控制,壓型不致密,成本高。

4)真空熱壓法

真空熱壓法是指加壓成型和加壓燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的一種燒結(jié)工藝, 其優(yōu)點(diǎn)是: ①粉末容易塑性流動和致密化; ②燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間短; ③致密度高。一般工藝為: 在真空條件下, 將粉末裝在模腔內(nèi), 在加壓的同時(shí)使粉末加熱, 經(jīng)過較短時(shí)間的加壓形成致密均勻的材料。但是由于自身工序復(fù)雜，可操作性差，限制了該技術(shù)在高硅鋁合金制備中的應(yīng)用。

5)急速冷卻/噴射沉積

急速冷卻/噴射沉積技術(shù)是為了克服工序復(fù)雜，氧化嚴(yán)重等問題，與粉末冶金等技術(shù)相抗衡而發(fā)展起來的一種快速凝固技術(shù)。由于這種工藝具有其它工藝無法比擬的優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。急速冷卻/噴射沉積具有以下優(yōu)點(diǎn) :1)無宏觀偏析;2)細(xì)小而均勻的等軸晶顯微組織;3)細(xì)小的初生沉淀相;4)氧含量低;5)熱加工性能得到改善。

(一) 、工業(yè)上很重要的硅鋁合金可分為四類:

⑴ 亞共晶硅鋁合金其中含有 9%~12%的硅。

⑵ 共晶硅鋁合金含 11%~13%的硅。

⑶ 過共晶硅鋁合金硅含量在 12%以上，主要是在 15%~20%范圍。

(4)硅含量在22%以上的，被稱作高硅鋁合金，其中以25%-70%為主，國際上硅含量 最高可達(dá)80%。

(二)、高硅鋁合金在電子封裝的應(yīng)用

1.大功率集成電路封裝:高硅鋁合金提供有效的散熱;

1)載波器:可作為局部散熱件，使元器件更緊密的排列;

2)光學(xué)框架:高硅鋁合金提供低熱膨脹系數(shù)，高剛度和可加工性;

3)熱沉件:高硅鋁合金提供有效的散熱和和結(jié)構(gòu)支撐。

(三)、高硅鋁合金在汽車配件應(yīng)用

高硅鋁合金材料(含硅量20%-35%)具有優(yōu)越的摩擦學(xué)性能，可作為先進(jìn)的輕質(zhì)耐磨材料，在各類交通運(yùn)輸工具以及各類動力機(jī)械、機(jī)床、特殊緊固件以及工具中得到了廣泛的應(yīng)用。

高硅鋁合金因具有比重小、重量輕、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)低、體積穩(wěn)定性及耐磨、耐蝕性好等一系列優(yōu)點(diǎn),而廣泛的用作汽車發(fā)動機(jī)的缸套、活塞、轉(zhuǎn)子、剎車盤等材料。

鋁合金工業(yè)，硅鋁合金是用量最大的硅合金。硅鋁合金是一種強(qiáng)復(fù)合脫氧劑，在煉鋼過程中代替純鋁可提高脫氧劑利用率，并可凈化鋼液，提高鋼材質(zhì)量。汽車等行業(yè)用鋁對工業(yè)硅的需求相當(dāng)大，所以一個(gè)地區(qū)、國家的汽車工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r對工業(yè)硅的市場興衰有直接的影響。

非鐵基合金的添加劑，工業(yè)硅也用作要求嚴(yán)格的硅鋼的合金劑，冶煉特種鋼和非鐵基合金的脫氧劑。

化學(xué)工業(yè)，用于生產(chǎn)硅橡膠、硅樹脂、硅油等有機(jī)硅，硅橡膠彈性好，耐高溫，用于制作醫(yī)療用品、耐高溫墊圈等。硅樹脂用于生產(chǎn)絕緣漆、高溫涂料等。硅油是一種油狀物，其粘度受溫度的影響很小，用于生產(chǎn)高級潤滑劑、上光劑、流體彈簧、介電液體等，還可加工成無色透明的液體，作為高級防水劑噴涂在建筑物表面。

工業(yè)硅經(jīng)一系列工藝提純后生成多晶硅、單晶硅，供光伏產(chǎn)業(yè)及電子工業(yè)使用。晶硅電池主要應(yīng)用于太陽能屋頂電站、商業(yè)電站和高土地成本的城市電站，是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的太陽能光伏產(chǎn)品，占據(jù)世界光伏市場80%以上的份額，其對金屬硅的需求增速明顯?，F(xiàn)代化大型集成電路幾乎都是用高純度金屬硅制成的，而且高純度金屬硅還是生產(chǎn)光纖的主要原料，可以說金屬硅已成為信息時(shí)代的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)。