熱循環(huán)過(guò)程對(duì)高體積分?jǐn)?shù)Al-SiC-,p-電學(xué)和熱學(xué)性能影響的研究.pdf

1、金屬基復(fù)合材料(MMCs)可以把基體的高熱傳導(dǎo)性與增強(qiáng)體的低熱膨脹系數(shù)結(jié)合起來(lái)，具有良好的綜合熱物理性能，滿(mǎn)足對(duì)電子封裝材料性能的要求。對(duì)于經(jīng)受高頻率熱疲勞的電子封裝材料，其熱物理性能抗熱疲勞的能力是很重要的。復(fù)合材料由于增強(qiáng)體與基體的性能差別大，會(huì)引起兩者變形的不協(xié)調(diào)性，形成殘余應(yīng)力，這就使得它在經(jīng)受熱循環(huán)時(shí)更容易出現(xiàn)破壞。 本研究以Al/SiCp復(fù)合材料為研究對(duì)象，深入研究了其熱物理性能在熱循環(huán)過(guò)程中的變化規(guī)律以及產(chǎn)生變化的

2、機(jī)理。干法成型工藝無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)預(yù)制件的凈成型，且難以制備形狀復(fù)雜的成型體，本文結(jié)合凝膠注模成型和真空壓力浸滲工藝，制備出致密和高體積分?jǐn)?shù)的SiC顆粒增強(qiáng)Al基復(fù)合材料，獲得了較為理想的力學(xué)和熱學(xué)性能。 對(duì)Al/SiCp在20～300℃進(jìn)行熱循環(huán)，觀察其微觀結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)：熱循環(huán)過(guò)程使Al/SiCp復(fù)合材料產(chǎn)生界面松弛，斷裂行為從熱循環(huán)之前的SiC顆粒斷裂向SiC顆粒脫粘過(guò)渡。增加循環(huán)周次或擴(kuò)大溫度區(qū)間都會(huì)加劇材料的破壞。從Al

3、/SiCp復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)上觀察，熱循環(huán)過(guò)程使材料基體中的缺陷增加，缺陷的主要類(lèi)型為位錯(cuò)。通過(guò)內(nèi)耗實(shí)驗(yàn)，也證實(shí)了位錯(cuò)密度的升高。熱循環(huán)過(guò)程中位錯(cuò)密度的升高造成內(nèi)耗峰峰溫的上升，以及材料阻尼和剪切模量升高。 Al/SiCp復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)在熱循環(huán)過(guò)程中的變化不大，不超過(guò)3％。材料內(nèi)部的塑性應(yīng)變會(huì)不斷積累，并最終造成材料尺寸的增大。塑性應(yīng)變累積呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，在熱循環(huán)前期幾乎呈直線增長(zhǎng)，但在100周之后，塑性應(yīng)變累積趨向飽和，

4、復(fù)合材料的尺寸也將趨于穩(wěn)定。 在熱循環(huán)過(guò)程中，Al/SiCp復(fù)合材料的電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生下降，在600周的熱循環(huán)中其變化呈“之”字形的三段式變化：從0周到100周，材料的電導(dǎo)率幾乎沒(méi)有降低：之后，材料的電導(dǎo)率則發(fā)生急劇下降；而循環(huán)周次超過(guò)400周，材料的電導(dǎo)率又趨于穩(wěn)定。材料電導(dǎo)率的下降幅度可高達(dá)34％，基體內(nèi)部位錯(cuò)密度的升高是材料電導(dǎo)率下降的根本原因。 Al/SiCp復(fù)合材料的熱導(dǎo)率在600周的熱循環(huán)過(guò)程中也呈現(xiàn)“之”字形的

5、三段式變化，與電導(dǎo)率相似。熱導(dǎo)率下降超過(guò)15％，基體內(nèi)部位錯(cuò)密度的升高同樣是熱導(dǎo)率下降的根本原因。增強(qiáng)體粒徑的差異并不會(huì)改變熱導(dǎo)率變化的趨勢(shì)，而只會(huì)造成熱導(dǎo)率值的不同?；w金屬的改變則會(huì)改變各階段的長(zhǎng)短。擴(kuò)大循環(huán)溫度區(qū)間會(huì)加速熱導(dǎo)率的衰減，溫差從280℃擴(kuò)大到496℃使熱導(dǎo)率下降幅度從5％增至14.38％。延長(zhǎng)熱循環(huán)周次會(huì)促使熱導(dǎo)率的進(jìn)一步下降。 目前的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的預(yù)測(cè)公式大多不夠完善，不能綜合評(píng)價(jià)顆粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)的影響，