負膨脹β-鋰霞石-銅復合材料微觀組織與熱物理性能.pdf

1、當前廣泛研究金屬基復合材料體系中所選增強體膨脹系數(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用等對低膨脹系數(shù)的要求，復合材料增強體體積分數(shù)在50-70％的范圍內(nèi)。而復合材料的高體積分數(shù)就意味著導熱、導電性能及加工成型能力的劣化。針對上述問題，選擇負膨脹材料作為金屬基復合材料的增強體，在復合材料增強體體積分數(shù)較低的狀態(tài)下獲得低熱膨脹系數(shù)，以改善復合材料的導熱性能和加工成型能力具有誘人的發(fā)展前景。本文選擇負膨脹β-鋰霞石

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

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

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

5、u基體的擴散和析出使復合材料熱導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復合材料（Euc/Cu-Al）。燒結(jié)態(tài)復合材料的界面呈鋸齒狀，存在微弱界面反應；熱循環(huán)處理后，復合材料中局部界面反應程度提高。研究表明，界面反應顯著提高了復合材料的界面結(jié)合強度。殘余應力松弛引起了燒結(jié)態(tài)復合材料熱膨脹系數(shù)的反?，F(xiàn)象；熱循環(huán)后，復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。復合材料中殘余應力的松弛方式以熱彈性松弛為主。Euc/Cu-Al復合材料獲得了較好的熱導率。熱循環(huán)處理有助于改善復合材料的界面熱阻。
　　在Euc顆粒表面Ag涂覆的基礎(chǔ)上，利用SPS燒結(jié)技術(shù)，通過體積分數(shù)的調(diào)節(jié)獲得了具有不同殘余應力大小的SPS-Euc/Cu-Ag復合材料。隨Euc顆粒體積分數(shù)增加，殘余應力線性增加。當復合材料體積分數(shù)較高時，燒結(jié)態(tài)復合材料 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