双金属梯度复合板喷射成形工艺基础研究

发布时间：2019-11-02 09:09

【摘要】：超高硅铝合金由于其热膨胀性低、导热性能好、比重轻以及优越的力学性能,作为电子封装材料在航空航天、电子信息科技等高新科技领域广泛应用,其发展具有广阔前景。然而当硅含量较高时,尽管材料具有与电子芯片匹配的性能,但其机械性能和焊接性能仍比较差,限制其应用。为此根据封装盒结构特点,提出利用Si成分的梯度变化解决电子封装材料的热膨胀性能、导热率与焊接、机械加工性能之间的矛盾。本论文尝试实现双金属喷射成形工艺,以期制备梯度复合板。通过运用模拟计算软件Ansys中“生死单元法”,采用APDL编程语言,完成喷射成形板形状模型和传热模型,研究运动轨迹、前进速度、摆动周期、雾化锥中心距对沉积板形状和成分分布的影响,并研究不同工艺手段对沉积板温度场分布影响。通过模拟结果确定双金属喷射成形设备原理,完成设备的设计、制造与装配,并采用模拟计算工艺参数进行喷射成形实验,验证模拟结果的准确性。模拟研究结果表明:沉积板运动轨迹为折线时,沉积板表面存在平台,形状满足要求。双雾化锥之间的中心距主要对沉积板形状和厚度方向成分分布有影响。随着雾化锥中心距(0.02-0.05m)的增加,沉积板外形由平坦的平台过渡到台阶状形状;厚度方向梯度分布愈加明显,成份过渡区逐渐减小。摆动周期主要对沉积板成分分布有影响。随着摆动周期的增加(1-8s),每平面层成分由均匀分布逐渐出现锯齿状波动,但周期增大对厚度方向成分分布趋势无影响。对沉积底板无预热工艺中先沉积部分受沉积底板导出热量多,冷却速度快,不利于雾化液滴的铺展和结合,沉积底层组织孔隙较多。对沉积底板预热时,有利于雾化液滴的沉积与结合沉积层较致密,与不预热工艺相比,整体温度有所增加,不利于硅相细化。对于前端预热/后端水冷的温度控制模式,可保证底层沉积时具有较高的温度,沉积雾滴的铺展良好,而在剧烈冷却条件下,整体沉积层温度可迅速下降,实现较快的凝固,从而防止了硅相和晶粒长大,但对工艺控制困难,而且对设备要求增加,不易实现。验证实验研究结果表明:按设计工艺制备的沉积板形状存在平台区域与模拟结果吻合。过渡区内雾化液滴混合存在不均匀,能够观察到两种成分的分界,但总体过渡区内Si含量分布趋势与模拟结果基本相同,整体为梯度分布。
【图文】：

图 1-1 Al-50%Si 合金组织照片a) 铸态组织[18]，b)沉积态组织[19]各国对高硅铝材料研究很热，尤其是国外研究早、进度快。欧洲国硅铝材料的研究一直比较积极，比如：法国的 Alcatel、英国的 O国家应用科学研究院 TNO、瑞典 Sandvik Osprey 公司以及英国通用

图 1-2 喷射成形工艺原理图[29]术具有鲜明的特点：形组织属于快速凝固组织，其分布均匀，晶体(一般为比热容大的氮气)作用下雾化，气在 70%左右)，，剩余热量通过沉积沉积底板
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

【参考文献】

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3 李超;彭超群;余琨;王日初;杨军;刘溶;;喷射沉积70%Si-Al合金电子封装材料的组织与性能[J];中国有色金属学报;2009年02期

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本文编号：2554412