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SiCp/Al复合材料由于具有较低的密度,高的热导率以及低的、可调的热膨胀系数成为电子封装材料研究的热点。目前制备SiCp/Al复合材料的方法主要有粉末冶金法和渗透法,但都存在缺点:粉末冶金方法中SiC含量存在一定局限,一般不超过55vol%,限制了材料热膨胀系数的降低;渗透法温度较高会发生界面反应,生成脆性相,对材料性能产生有害影响,残余气孔及粘结剂会影响材料导热性能。 鉴于上述SiCp/Al复合材料的制备方法都存在一定缺陷,本文采用放电等离子体烧结方法(SPS)烧结制备SiCp/Al复合材料。 首先,通过低体积分数SiCp/Al复合材料的制备,初步探讨了烧结过程中温度、压力及升温速率对材料制备的影响,证实了运用SPS技术制备复合材料的可行性。 其次,采用颗粒级配的方法,成功制备出SiC含量为65vol%、致密度为99%以上的SiCp/Al复合材料。对复合材料热性能测试发现SPS烧结制备的复合材料,热导率均在200w/m·K以上,与国外先进水平相当,完全满足电子封装材料要求,但材料热膨胀系数与其它制备方法的热膨胀系数有一定差距;同时发现SiC颗粒尺寸对材料热性能有较大影响,大尺寸SiC颗粒在降低材料热膨胀系数上所起作用优于小尺寸SiC颗粒,小尺寸颗粒在材料制备过程中主要起填充作用,以实现材料致密化,而材料热导率随大尺寸SiC含量增加而增大,但由于实验选取较大尺寸的SiC颗粒,也使材料强度受到一定影响。 再次,为了进一步降低材料热膨胀系数,我们引入Si改变基体合金,通过烧结工艺的调整,制备出不同Si含量的60vol%SiCp/A1-Si复合材料。对材料进行热性能分析,发现Si的加入较大程度地降低了材料热膨胀系数,在Si含量为10vol%时,热膨胀系数降低至7.8×10-6/℃,但热导率略有降低;对材料进行了断裂韧性测试,发现随Si含量增加,材料脆性增加。综合考虑材料热物理性能、力学性能和加工性能,我们认为对于60vol%SiC增强Al基复合材料,Si含量为5vol%左右时最合适。 另外,通过对烧结中间过程的分析,初步探讨了SPS烧结SiCp/Al复合材料的机理。从整个烧结过程来看,较大的压力使球形铝粉受到挤压,在焦耳热