負(fù)膨脹β-鋰霞石-銅復(fù)合材料微觀組織與熱物理性能.pdf

1、當(dāng)前廣泛研究金屬基復(fù)合材料體系中所選增強(qiáng)體膨脹系數(shù)在2-8×10-6℃-1范圍內(nèi)。通常情況下，為了滿足電子封裝應(yīng)用等對(duì)低膨脹系數(shù)的要求，復(fù)合材料增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)在50-70％的范圍內(nèi)。而復(fù)合材料的高體積分?jǐn)?shù)就意味著導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能及加工成型能力的劣化。針對(duì)上述問題，選擇負(fù)膨脹材料作為金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，在復(fù)合材料增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)較低的狀態(tài)下獲得低熱膨脹系數(shù)，以改善復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和加工成型能力具有誘人的發(fā)展前景。本文選擇負(fù)膨脹β-鋰霞石

2、（Euc）作為銅基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，在利用粉末冶金工藝制備β-鋰霞石/銅復(fù)合材料（Euc/Cu）基礎(chǔ)上，通過對(duì)影響金屬基復(fù)合材料性能的因素調(diào)控，深入研究了Euc/Cu復(fù)合材料微觀組織狀態(tài)、界面狀態(tài)、燒結(jié)工藝、殘余應(yīng)力和熱物理性能之間的關(guān)系。
　　通過對(duì)原材料顆粒尺寸的調(diào)整，利用熱壓燒結(jié)工藝制備了不同顆粒尺寸的Euc/Cu復(fù)合材料。增強(qiáng)體和基體顆粒尺寸降低，復(fù)合材料微觀組織細(xì)化程度增加，復(fù)合材料中的殘余應(yīng)力降低。增強(qiáng)體和基體顆粒尺寸

3、的降低對(duì)燒結(jié)態(tài)Euc/Cu復(fù)合材料熱膨脹行為存在顯著影響。增強(qiáng)體和基體顆粒尺寸越小，燒結(jié)態(tài)復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)較高。研究表明，顆粒尺寸降低復(fù)合材料中弱界面結(jié)合的比例增加，殘余應(yīng)力松弛容易并且對(duì)復(fù)合材料熱膨脹行為的影響更大。適當(dāng)基體和增強(qiáng)體顆粒尺寸分布有利于復(fù)合材料獲得低的熱膨脹系數(shù)和良好的尺寸穩(wěn)定性。復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨著增強(qiáng)體和基體顆粒尺寸的降低而降低。
　　通過增強(qiáng)體表面涂層處理，利用熱壓燒結(jié)工藝制備了Ag涂覆Euc/Cu復(fù)合材料

4、（Euc/Cu-Ag）。Euc顆粒分散均勻，復(fù)合材料界面光滑清晰，無界面反應(yīng)。結(jié)果表明，Euc顆粒表面的Ag涂覆處理，顯著地改善了復(fù)合材料的界面結(jié)合狀態(tài)。殘余應(yīng)力松弛對(duì)燒結(jié)態(tài)復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生顯著影響。燒結(jié)態(tài)復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)較高，熱循環(huán)處理后復(fù)合材料獲得了低的熱膨脹系數(shù)。Euc/Cu-Ag復(fù)合材料的熱膨脹行為受多種殘余應(yīng)力松弛機(jī)制的影響：熱彈性松弛、基體的塑性變形和回復(fù)等。復(fù)合材料獲得了較高的室溫?zé)釋?dǎo)率，Euc顆粒表面的Ag向C

5、u基體的擴(kuò)散和析出使復(fù)合材料熱導(dǎo)率有一定程度的降低。
　　通過基體合金化，采用熱壓燒結(jié)工藝制備了Euc/Cu-0.7wt%Al復(fù)合材料（Euc/Cu-Al）。燒結(jié)態(tài)復(fù)合材料的界面呈鋸齒狀，存在微弱界面反應(yīng)；熱循環(huán)處理后，復(fù)合材料中局部界面反應(yīng)程度提高。研究表明，界面反應(yīng)顯著提高了復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。殘余應(yīng)力松弛引起了燒結(jié)態(tài)復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的反常現(xiàn)象；熱循環(huán)后，復(fù)合材料獲得了低的熱膨脹系數(shù)，而且，熱膨脹系數(shù)隨溫度變化保持很高的

6、穩(wěn)定性。復(fù)合材料中殘余應(yīng)力的松弛方式以熱彈性松弛為主。Euc/Cu-Al復(fù)合材料獲得了較好的熱導(dǎo)率。熱循環(huán)處理有助于改善復(fù)合材料的界面熱阻。
　　在Euc顆粒表面Ag涂覆的基礎(chǔ)上，利用SPS燒結(jié)技術(shù)，通過體積分?jǐn)?shù)的調(diào)節(jié)獲得了具有不同殘余應(yīng)力大小的SPS-Euc/Cu-Ag復(fù)合材料。隨Euc顆粒體積分?jǐn)?shù)增加，殘余應(yīng)力線性增加。當(dāng)復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，燒結(jié)態(tài)復(fù)合材料 Euc顆粒中發(fā)現(xiàn)了一種新的LiAlSiO4同素異形結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)相（C