论文部分内容阅读
电子封装领域要求材料有高的热导率和低的热膨胀系数，同时还要有良好的机械强度和相对低的密度，以满足封装需求。金属基复合材料能够通过调节增强体种类和体积分数，来调节其性能。本文主要通过研究制备高体积分数的SiC/Al和Diamond/Al复合材料，来进行对电子封装用铝基复合材料的探索研究。通过大小两种碳化硅颗粒(F320：#1000=2：1)的级配，采用凝胶注模工艺进行碳化硅预制件的制备，通过对凝胶注模工艺的优化，制备出体积分数达到60%的碳化硅预制件，且素坯中碳化硅颗粒分布均匀，质量良好，烧结后碳化硅预制件尺寸稳定，机械强度满足后续加工和浸渗要求。最终制备了碳化硅体积分数为60%、55%、50%的预制件。复合材料的制备采用真空压力浸渗法，参数为铝液温度750℃，预制件保温温度680℃，浸渗压力10Mpa氮气压，最终试样随炉冷却。最终制备体积分数为60%、55%、50%的SiC/Al(AC4C)复合材料，以及体积分数为40%的Diamond/Al(纯度99.99%)复合材料(包括35、85、135μm三种粒径的普通研磨级金刚石和115μm MBD4等级金刚石)。实验制备的SiC/Al复合材料颗粒分布均匀，界面结合良好，界面结合层厚度在300nm左右，界面有少量Al4C3，界面断裂以大颗粒碳化硅的脆断为主，还有小颗粒周围基体铝的塑性断裂；复合材料力学性能良好，其中体积分数55%的SiC/Al复合材料弯曲强度最高，达到301.63MPa；热膨胀系数随体积分数的增加而降低，体积分数60%、55%、50%SiC/Al复合材料对应CTE值为8.99、9.5、10.04×10-6K-1(30℃-150℃)；热导率随体积分数的增加而增加，最高体积分数60%的复合材料对应热导率133W/m K。用来对照的掺有β-SiC的复合材料除了在热导率方面稍微领先一点，热膨胀性能和力学性能都不如掺有α-SiC的复合材料。制备的Diamond/Al复合材料界面结合弱，复合材料致密度不高，界面断裂以金刚石和铝的脱粘为主，但是MBD4等级的金刚石(100)面和铝容易结合，且结合牢固；在相同体积分数情况下，Diamond/Al复合材料的热导率随着金刚石粒径的增大而升高，热膨胀系数随着金刚石粒径的增大而变大，这是因为大颗粒金刚石界面较少，界面的存在会降低热导率，阻碍复合材料热膨胀。其中MBD4等级的Diamond/Al复合材料热导率最高，为136W/m K，热膨胀系数最低为6.86×10-6K-1，其综合热性能最好，这是因为MBD4等级金刚石(100)面和铝结合良好。由此可见，在界面润湿差的情况下，提高金刚石和铝的界面结合有利于提高最终复合材料的热学性能。