前言

隨著信息化時(shí)代的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)的電子封裝材料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代集成電路以及各類電器元件電子封裝的發(fā)展要求。由于銅具有熱膨脹系數(shù)比鋁低、熱導(dǎo)率比鋁高的特點(diǎn),故選用銅代替鋁制備電子封裝用銅基復(fù)合材料無(wú)疑是極具競(jìng)爭(zhēng)力的候選材料之一。SiCp/Cu復(fù)合材料由于綜合了銅和增強(qiáng)體的優(yōu)良特性而具有較好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能和可調(diào)的熱膨脹系數(shù),因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。但目前有關(guān)該體系的理論研究與應(yīng)用研究尚不成熟,迫切需要進(jìn)行更多的探索和研究。

國(guó)際上對(duì)SiCp/Cu體系的研究起步較晚,直到1996年才有了關(guān)于該體系的相關(guān)報(bào)道。該領(lǐng)域發(fā)展比較緩慢的主要原因在于,一方面很難實(shí)現(xiàn)Cu和SiC顆粒的均勻分散,另一方面則與兩者之間高溫不潤(rùn)濕有關(guān)。制備SiC/Cu金屬陶瓷復(fù)合材料的主要技術(shù)難點(diǎn)在于:①如何改善SiC與Cu相互間的潤(rùn)濕性及化學(xué)相容性,解決兩者之間相互不潤(rùn)濕情況下的結(jié)合和均勻、穩(wěn)定分散。②如何避免由兩者熱膨脹不匹配引起的界面熱應(yīng)力,從而實(shí)現(xiàn)致密化燒結(jié)。③如何合理控制SiCp和Cu高溫下的反應(yīng),從而既保證界面結(jié)合強(qiáng)度,同時(shí)又保持SiCp的顆粒增強(qiáng)效果。

筆者選用工業(yè)化的SiC微米粉體材料,采用化學(xué)鍍銅工藝制備了Cu包覆SiCp復(fù)合粉體,并對(duì)復(fù)合粉體的組成和形貌進(jìn)行了分析。以該復(fù)合粉體為原材料,利用真空熱壓燒結(jié)和非真空熱壓燒結(jié)兩種工藝制備了SiCp體積分?jǐn)?shù)分別為30%、40%和50%的SiCp/Cu復(fù)合材料,并利用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和電子探針(EPMA)對(duì)復(fù)合材料的微觀組織和界面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察和分析。測(cè)試了不同工藝、不同成分下SiCp/Cu復(fù)合材料的熱膨脹性能、導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能等熱物理性能,并分析了增強(qiáng)相含量、顆粒大小和熱處理狀態(tài)等因素對(duì)復(fù)合材料熱物理性能的影響。

研究結(jié)果表明,通過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)鍍銅工藝,可以獲得Cu包覆SiCp復(fù)合粉體,而且Cu包覆層比較均勻地分布在SiC顆粒表面,Cu包覆層的厚度約為1μm。DSC分析結(jié)果表明,SiC顆粒表面的Cu包覆層在990℃時(shí)開(kāi)始熔化。SiC顆粒在銅基體中分布比較均勻,沒(méi)有明顯的偏聚現(xiàn)象。無(wú)論是利用Cu包覆SiCp復(fù)合粉體,還是利用未包覆粉體制備的SiCp/Cu復(fù)合材料,隨著SiCp增強(qiáng)相含量的增加,材料的致密度均呈下降趨勢(shì)。在SiCp增強(qiáng)相含量相同的情況下,利用Cu包覆SiCp復(fù)合粉體制備的SiCp/Cu復(fù)合材料的致密度要略高于由未包覆粉體制備的SiCp/Cu復(fù)合材料;SiC增強(qiáng)相顆粒與銅基體之間的界面干凈,機(jī)械結(jié)合良好。在界面處,Cu元素與Si元素有少量的相互擴(kuò)散,還可以觀察到少量的Cu3Si相的形成。

本研究制備的SiCp/Cu復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱物理性能。隨著增強(qiáng)相SiCp體積分?jǐn)?shù)的增加,SiCp/Cu復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率均呈明顯的下降趨勢(shì);而在增強(qiáng)相含量一定的情況下,SiC顆粒尺寸越大,SiCp/Cu復(fù)合材料的平均線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率越高?;瘜W(xué)鍍銅工藝可以明顯改善增強(qiáng)相粒子與基體銅之間的界面結(jié)合,提高SiCp/Cu復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率,同時(shí)降低其熱膨脹系數(shù),可以實(shí)現(xiàn)熱/電導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)的良好結(jié)合。適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚砉に嚳梢悦黠@提高SiCp/Cu復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率,消除復(fù)合材料制備過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,同時(shí)使得熱膨脹系數(shù)有所降低。

對(duì)SiCp/Cu復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試SiCp/Cu復(fù)合材料的硬度和三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度,并利用掃描電鏡(SEM)對(duì)復(fù)合材料的斷口進(jìn)行觀察和分析,分析復(fù)合材料斷裂機(jī)制。研究結(jié)果表明,隨著增強(qiáng)相SiCp體積分?jǐn)?shù)的增加,復(fù)合材料的布氏硬度先是逐漸升高而后逐漸下降,但是彎曲強(qiáng)度呈連續(xù)下降趨勢(shì)。在增強(qiáng)相含量和顆粒尺寸相同的情況下,利用Cu包覆SiCp復(fù)合粉體制備的SiCp/Cu復(fù)合材料,其硬度值和彎曲強(qiáng)度均略高于采用未包覆粉體制備的SiCp/Cu復(fù)合材料;在增強(qiáng)相含量和顆粒尺寸相同的情況下,退火處理后的SiCp/Cu復(fù)合材料,其硬度值和彎曲強(qiáng)度明顯低于退火處理前的SiCp/Cu復(fù)合材料。當(dāng)增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為30%時(shí),復(fù)合材料斷口兼有韌窩斷裂和準(zhǔn)解理斷裂的特征;但當(dāng)增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí),復(fù)合材料斷口中僅存在少量的撕裂棱和韌窩形貌,復(fù)合材料的斷裂方式主要以準(zhǔn)解理斷裂為主。

目錄

第1章緒論

1.1引言

1.2電子封裝及電子封裝材料

1.2.1電子封裝及其作用

1.2.2電子封裝材料及其性能

1.3化學(xué)鍍銅概述

1.3.1化學(xué)鍍銅的發(fā)展

1.3.2化學(xué)鍍銅原理

1.4銅基復(fù)合材料的制備方法

1.4.1粉末冶金法

1.4.2擠壓鑄造法

1.4.3原位自生成法

1.4.4噴射沉積法

1.5電子封裝用銅基復(fù)合材料的性能

1.5.1熱物理性能

1.5.2力學(xué)性能

1.6SiCp/Cu復(fù)合材料的應(yīng)用及展望

參考文獻(xiàn)

第2章實(shí)驗(yàn)方案及研究方法

2.1實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線

2.2實(shí)驗(yàn)用原材料

2.3復(fù)合材料制備工藝

2.3.1Cu包覆SiC復(fù)合粉體的制備

2.3.2復(fù)合材料制備工藝過(guò)程

2.4分析測(cè)試方法

2.4.1組織觀察與分析

2.4.2熱物理性能測(cè)試

2.4.3力學(xué)性能測(cè)試

第3章Cu包覆SiCp復(fù)合粉體的制備及表征

3.1引言

3.2Cu包覆SiCp復(fù)合粉體制備工藝

3.2.1鍍前處理工藝

3.2.2化學(xué)鍍銅溶液的組成

3.2.3化學(xué)鍍銅工藝

3.2.4不同工藝參數(shù)對(duì)化學(xué)鍍銅反應(yīng)速度的影響

3.3Cu包覆SiCp復(fù)合粉體的成分及形貌

3.4Cu包覆SiCp復(fù)合粉體的熱物理性能

3.5小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第4章SiCp/Cu復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)

4.1引言

4.2熱壓燒結(jié)SiCp/Cu復(fù)合材料的顯微組織

4.2.1不同SiCp含量的SiCp/Cu復(fù)合材料的顯微組織

4.2.2SiCp/Cu復(fù)合材料中增強(qiáng)相和基體的微觀組織特征

4.3SiCp/Cu復(fù)合材料的密度與致密度

4.4SiCp/Cu復(fù)合材料的界面研究

4.5SiCp/Cu復(fù)合材料中Cu的氧化機(jī)制

4.6小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章SiCp/Cu復(fù)合材料的熱物理性能

5.1引言

5.2SiCp/Cu復(fù)合材料的熱膨脹性能

5.2.1溫度對(duì)復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的影響

5.2.2顆粒尺寸對(duì)復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的影響

5.2.3增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的影響

5.2.4化學(xué)鍍對(duì)復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的影響

5.2.5退火處理對(duì)復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的影響

5.2.6SiCp/Cu復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)模型預(yù)測(cè)

5.3SiCp/Cu復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能

5.3.1熱導(dǎo)率的測(cè)試

5.3.2SiCp/Cu復(fù)合材料導(dǎo)熱分析

5.3.3SiCp/Cu復(fù)合材料熱傳導(dǎo)理論計(jì)算基礎(chǔ)

5.4SiCp/Cu復(fù)合材料的導(dǎo)電性能

5.4.1電導(dǎo)率的測(cè)試

5.4.2SiCp/Cu復(fù)合材料導(dǎo)電性分析

5.4.3SiCp/Cu復(fù)合材料電導(dǎo)率的理論計(jì)算

5.5小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第6章SiCp/Cu復(fù)合材料的力學(xué)性能

6.1引言

6.2SiCp/Cu復(fù)合材料的硬度

6.2.1增強(qiáng)相含量對(duì)復(fù)合材料硬度的影響

6.2.2增強(qiáng)相顆粒尺寸對(duì)復(fù)合材料硬度的影響

6.2.3SiC顆粒表面化學(xué)鍍銅對(duì)復(fù)合材料硬度的影響

6.2.4退火處理對(duì)復(fù)合材料硬度的影響

6.3SiCp/Cu復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度

6.3.1增強(qiáng)相含量對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響

6.3.2SiC顆粒表面化學(xué)鍍銅對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響

6.3.3退火處理對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響

6.4SiCp/Cu復(fù)合材料斷口的掃描電鏡觀察

6.5小結(jié)

參考文獻(xiàn)

高性能陶瓷顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的組織與性能研究造價(jià)信息

市場(chǎng)價(jià) 信息價(jià) 詢價(jià)
材料名稱 規(guī)格/型號(hào) 市場(chǎng)價(jià)
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高性能陶瓷顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的組織與性能研究概述常見(jiàn)問(wèn)題

  • 高性能纖維復(fù)合材料有哪些?

    復(fù)合材料,是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料,通過(guò)物理或化學(xué)的方法,在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合...

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高性能陶瓷顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的組織與性能研究概述文獻(xiàn)

鋁基陶瓷顆粒復(fù)合材料的抗彈性能研究 鋁基陶瓷顆粒復(fù)合材料的抗彈性能研究

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用鋁和陶瓷顆粒制成復(fù)合材料 ,在 7.6 2mm穿甲彈的侵徹下 ,復(fù)合材料的抗彈性能表現(xiàn)為 :當(dāng)復(fù)合材料中的陶瓷顆粒尺寸小于 8mm時(shí) ,防護(hù)系數(shù)隨陶瓷尺寸的增加而緩慢增加 ;當(dāng)陶瓷尺寸大于 8mm時(shí) ,防護(hù)系數(shù)隨陶瓷尺寸的增加快速增加。在抗彈過(guò)程中 ,由于鋁對(duì)陶瓷的約束作用 ,和鋁與陶瓷界面的波阻特性 ,用鋁復(fù)合陶瓷塊制備陶瓷復(fù)合材料可以提高復(fù)合材料的抗彈性能

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顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的彈塑性能研究 顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的彈塑性能研究

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利用MTS810材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)體積含量為3%的TiC顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料TP-650及基體鈦合金進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn),獲得了材料彈塑性變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線。結(jié)果表明,復(fù)合材料及基體材料達(dá)到屈服后,直至材料的迅速失效,幾乎沒(méi)有應(yīng)變硬化效應(yīng)。由斷口分析可以看出,TP-650斷口平齊,無(wú)頸縮現(xiàn)象,斷口無(wú)韌窩,呈明顯的脆性斷裂特征,顆粒與基體界面有明顯的脫粘現(xiàn)象。最后,基于Mori-Tanaka平均場(chǎng)理論和割線模量法討論了顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料TP-650的彈塑性性能,理論預(yù)測(cè)與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

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《高性能耐磨銅基復(fù)合材料的制備與性能研究》由王德寶、吳玉程著。通過(guò)SEM、XRD、TEM和其他實(shí)驗(yàn)檢測(cè)儀器對(duì)粉末的機(jī)械合金化過(guò)程,復(fù)合材料的微觀組織特征以及機(jī)械、物理和摩擦磨損性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,為拓展新型高性能銅基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

《高性能耐磨銅基復(fù)合材料的制備與性能研究》以開(kāi)發(fā)高性能導(dǎo)電(熱)耐磨銅基復(fù)合材料為目標(biāo),通過(guò)成分和工藝優(yōu)化,采用機(jī)械合金化(MA)、冷壓成形和復(fù)壓復(fù)燒工藝制備出了滿足性能要求的顆粒增強(qiáng)Cu(—Cr)基復(fù)合材料,以尋求最佳的材料制備工藝,滿足材料的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電(熱)性以及優(yōu)良的摩擦磨損性能要求。

第1章緒論

1.1高強(qiáng)度銅基材料強(qiáng)化理論

1.1.1合金化法

1.1.2復(fù)合材料法

1.2高強(qiáng)度高導(dǎo)電(熱)銅基材料制備方法

1.2.1粉末冶金法(PowderMetallurgical)

1.2.2復(fù)合鑄造法(Compocasting)

1.2.3內(nèi)氧化法(Internalxidaion)

1.2.4液態(tài)金屬原位法(Liquid—metalin—situprocessing)

1.2.5快速凝固法(RapidSolidification)

1.2.6機(jī)械合金化法(MechanicalAlloying,MA)

1.3機(jī)械合金化技術(shù)理論及其應(yīng)用

1.3.1機(jī)械合金化技術(shù)簡(jiǎn)介

1.3.2機(jī)械合金化在新材料研發(fā)中的理論研究

1.3.3機(jī)械合金化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.3.4機(jī)械合金化制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅基復(fù)合材料和銅合金的特點(diǎn)

1.4高強(qiáng)度銅基材料研究進(jìn)展

1.4.1Cu—Cr合金

1.4.2銅基復(fù)合材料

1.5金屬基復(fù)合材料磨損行為研究進(jìn)展

1.5.1金屬基復(fù)合材料磨損性能的影響因素

1.5.2干摩擦狀態(tài)下的主要磨損理論

1.6本研究工作內(nèi)容及意義

第2章機(jī)械合金化制備Cu—Cr復(fù)合粉末

2.1實(shí)驗(yàn)方法

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.2.1機(jī)械合金化Cu—Cr復(fù)合粉末微觀形貌

2.2.2機(jī)械合金化Cu—Cr復(fù)合粉末相結(jié)構(gòu)

2.2.3復(fù)合粉末顯微硬度

2.3機(jī)械合金化誘導(dǎo)Cu—Cr合金系固溶度擴(kuò)展機(jī)理

2.4本章小結(jié)

第3章Cu—Cr合金成形與致密化過(guò)程

3.1Cu—Cr合金的制備工藝與相對(duì)密度

3.1.1Cu—Cr合金制備工藝

3.1.2相對(duì)密度測(cè)試和微觀組織分析

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.2.1復(fù)合粉末壓制特性

3.2.2燒結(jié)基本過(guò)程及理論

3.2.3燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對(duì)Cu—Cr合金相對(duì)密度的影響

3.2.4復(fù)壓復(fù)燒對(duì)Cu—Cr合金相對(duì)密度的影響

3.2.5Cu—Cr合金微觀組織

3.2.6最佳工藝參數(shù)的確定

3.3本章小結(jié)

第4章Cu—Cr合金性能

4.1實(shí)驗(yàn)方法

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.2.1Cu—Cr合金硬度分析

4.2.2Cu—Cr合全拉伸性能分析

4.2.3Cu—Cr合金高溫抗軟化性能分析

4.2.4Cu—Cr合金導(dǎo)電性能分析

4.2.5Cu—Cr合金導(dǎo)熱性能分析

4.3Cu—Cr合金強(qiáng)化機(jī)理

4.3.1析出強(qiáng)化機(jī)制

4.3.2晶粒細(xì)化機(jī)制

4.4本章小結(jié)

第5章Cu/SiC復(fù)合材料的制備及性能

5.1Cu/SiC復(fù)合材料制備工藝與性能測(cè)試

5.1.1制備工藝

5.1.2性能測(cè)試

5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

5.2;lCu/SiC復(fù)合材料顯微組織

5.2.2Cu/SiC復(fù)合材料相對(duì)密度和硬度分析

5.2.3Cu/SiC復(fù)合材料拉伸性能分析

5.2.4Cu/SiC復(fù)合材料導(dǎo)電性能分析

5.2.5Cu/SiC復(fù)合材料導(dǎo)熱性能分析

5.2.6Cu/SiC復(fù)合材料熱膨脹性能分析

5.2.7Cu/SiC復(fù)合材料摩擦磨損性能分析

5.3本章小結(jié)

第6章SiO顆粒表面改性對(duì)復(fù)合材料性能的影響

6.1Cu/SiC復(fù)合材料界面問(wèn)題

6.2SiC顆粒表面化學(xué)鍍處理及結(jié)果分析

6.2.1SiC顆粒表面鍍銅工藝

6.3復(fù)合材料的制備及性能分析

6.3.1制備工藝及性能測(cè)試

6.3.2復(fù)合材料界面結(jié)合

6.3.3SiC顆粒表面修飾對(duì)復(fù)合材料硬度和相對(duì)密度的影響

6.3.4SiC顆粒表面修飾對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)電(熱)性能的影響

6.3.5SiC顆粒表面修飾對(duì)Cu/SiC復(fù)合材料拉伸性能的影響

6.3.6界面優(yōu)化對(duì)Cu/SiC復(fù)合材料磨損性能的影響

6.4本章小結(jié)

第7章(Cu—Cr)/SIC制備與性能

7.1制備工藝與性能測(cè)試

7.1.1(Cu—Cr)/SiC復(fù)合材料制備工藝

7.1.2性能測(cè)試

7.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

7.2.1(Cu—Cr)/SiC復(fù)合材料顯微組織

7.2.2(Cu—Cr)/SiC復(fù)合材料性能分析

7.3本章小結(jié)

第8章(Cu—Cr)/SiC摩擦磨損性能及有關(guān)機(jī)理

8.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程

8.1.1復(fù)合材料制備

8.1.2摩擦磨損實(shí)驗(yàn)

8.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

8.2.1復(fù)合材料硬度分析

8.2.2復(fù)合材料摩擦磨損性能

8.2.3滑動(dòng)速度和滑動(dòng)距離對(duì)復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響

8.2.4磨損面亞表層顯微硬度分析

8.3分析與討論

8.3.1SiC顆粒增強(qiáng)Cu—Cr復(fù)合材料耐磨機(jī)理

8.3.2復(fù)合材料磨損機(jī)理分析

8.4本章小結(jié)

第9章(Cu—Cr)/SiC高溫摩擦磨損性能

9.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程

9.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

9.3材料高溫摩擦磨損機(jī)理分析

9.3.1摩擦機(jī)理

9.3.2磨損機(jī)理

9.4石墨和SiC協(xié)同作用對(duì)CU—Cr合金高溫摩擦磨損性能的影響

9.5本章小結(jié)

第10章納米SiC顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料組織與性能

10.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程

10.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

10.2.1復(fù)合材料微觀形貌

10.2.2(Cu—Cr)/SiC納米復(fù)合材料性能分析

10.3納米SiC的增強(qiáng)機(jī)制

10.4本章小結(jié)

第11章總結(jié)

11.1總結(jié)

11.2創(chuàng)新之處

參考文獻(xiàn)

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