表面改性石墨铜/铝力学性能及导热率研究
发布时间：2021-01-15 15:01
鳞片石墨由于高导热、低热膨胀系数、低密度的特点,一直作为金属基复合材料的增强体。目前的电子封装材料最受关注的是石墨/铝复合材料和石墨/铜复合材料,受极端工作环境影响,在保证复合材料的导热率同时,研究摩擦因数、磨损量、力学性能最佳时的工艺。本文研究了化学氧化方法对石墨纸表面进行改性,改善石墨纸和铜箔的界面结合能力,制备得到导热率约950 W/（m·K）的石墨纸/铜复合材料。使用盐浴法和化学镀层法对鳞片石墨表面进行镀层改性,设置三个实验组,增强体分别为未镀层石墨、镀硅石墨和镀铜石墨,表征结果表面,石墨镀层处理后,能显著提高复合材料的抗弯性能,减小磨损量,改善界面结合能力,主要探究内容如下:不同体积分数的石墨含量的复合材料中,抗弯性能、摩擦因数、磨损量和导热率的变化。不同镀层石墨的复合材料中,微观结构的改变以及界面结合能力的改善。对比不同镀层石墨/铝复合材料的优缺点,通过分析微观结构、物质组成等进行分析,探究内在的石墨表面改性对石墨/铝复合材料的影响。结果发现,石墨铝XY面的摩擦因数小于Z面,磨损量XY面大于Z面。导热率随着石墨的体积分数的上升而增加。镀铜石墨/铝复合材料的摩擦因数为0.18...
【文章来源】：江汉大学湖北省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)铜粉(b)和石墨纸
图2-2(a)(b)(c)(d)(e)分别是体积分数为30%、40%、50%、60%、70%的石墨纸/铜复合材料,铜与石墨分布均匀,电镜微观形貌呈现分明的条状层间结构,黑色的为石墨纸,亮色的为铜,石墨纸与铜界面结合牢固,与未进行化学氧化处理的石墨纸/铜相比,石墨纸与铜箔的结合能力得到显著提高。(a)图中材料条纹直,整齐排列,是体积分数30%石墨纸的复合材料,根据条纹的宽度可以显而易见看出复合材料中各材料的体积分数。(b)相对于图(a)条纹有少许弯曲,但是条纹之间没有连接,这是在模具中填充材料时,由于石墨纸与铜箔数量多,会有一些褶皱,在模具压力作用后,褶皱会使层间界限变得模糊,微观形貌上变得弯曲。(c)(d)分别是体积分数为50%、60%石墨纸/铜复合材料,观察发现当石墨纸的体积分数提高时,组分材料的界限变得模糊,但是扔未有相交部分。(e)图为石墨纸体积分数为80%的复合材料,石墨纸与铜之间的界限变得模糊,石墨纸之间有相交部分。为了提高石墨纸的体积分数,不能加厚石墨纸的厚度,会使复合材料容易开裂,层与层之间会发生剥离,因此降低铜箔的流延厚度,流延得到的铜箔上会有细小的空隙,在真空热压机的压力作用下,化学氧化处理石墨纸表面的颗粒会透过铜箔表面的空隙与石墨纸之间连接起来,形成了石墨纸相交的微观形貌。2.4 材料性能
对酸洗后的石墨和制备的复合材料进行微观形貌表征,电镜图如图3-1所示,(a)(b)高纯石墨体积分数30%,(c)高纯石墨体积分数为50%,(d)高纯石墨体积分数70%,随着高纯石墨体积分数的增加,微观形貌图中高纯石墨所占面积逐渐增大。由于石墨是片状,在XY面石墨的表面积大于Z面。由(b)(d)可看出石墨和铝的界面结合有待改善,石墨和铝基体的润湿性差,导致铝和石墨之间出现缝隙,天然鳞片石墨具有脆性,在混料和加压过程中会破坏石墨的完整性,从而降低复合材料的导热率以及力学性能。图3-1未镀层石墨/铝复合材料电镜图
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子封装陶瓷基板[J]. 程浩,陈明祥,罗小兵,彭洋,刘松坡. 现代技术陶瓷. 2019(04)
[2]放电等离子烧结制备7056铝合金的组织与性能[J]. 黄兰萍,何军,李松,陈送义,陈康华. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(02)
[3]石墨烯含量对铜基复合材料的导电、导热、耐腐蚀和力学性能的影响（英文）[J]. 王剑,郭丽娜,林万明,陈津,张帅,陈少达,甄甜甜,张宇阳. 新型炭材料. 2019(02)
[4]碳纳米材料增强镁基复合材料研究进展[J]. 王晓军,向烨阳,胡小石,吴昆. 金属学报. 2019(01)
[5]电子封装用导热环氧树脂基复合材料的研究进展[J]. 谢宇宁,雷华,石倩. 工程塑料应用. 2018(12)
[6]低压铸造法制备铝基复合材料的研究现状[J]. 郑小秋,谢世坤,易荣喜,郭秀艳. 有色金属材料与工程. 2018(05)
[7]SiC、Si、混合功率模块封装对比评估与失效分析[J]. 李晓玲,曾正,陈昊,邵伟华,胡博容,冉立. 中国电机工程学报. 2018(16)
[8]微电子封装技术的发展趋势研究[J]. 周泰. 现代信息科技. 2018(08)
[9]粉末法制备碳纳米管增强铜基复合材料及性能研究[J]. 赵炜康,朱学宏,夏莉红,张福勤. 矿冶工程. 2018(03)
[10]高导热金刚石/铜电子封装材料:制备技术、性能影响因素、界面结合改善方法[J]. 赵龙,宋平新,张迎九,杨涛. 材料导报. 2018(11)
硕士论文
[1]碳纳米管/铜复合材料的制备及性能研究[D]. 王艳.郑州航空工业管理学院 2019
[2]层状互穿结构SiC/Al复合材料制备过程中熔体浸渗行为研究[D]. 陈梦婷.兰州理工大学 2019
[3]电子封装用环氧模塑料的制备及性能优化研究[D]. 秦旺洋.湖北工业大学 2018
本文编号：2979074
【文章来源】：江汉大学湖北省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)铜粉(b)和石墨纸
图2-2(a)(b)(c)(d)(e)分别是体积分数为30%、40%、50%、60%、70%的石墨纸/铜复合材料,铜与石墨分布均匀,电镜微观形貌呈现分明的条状层间结构,黑色的为石墨纸,亮色的为铜,石墨纸与铜界面结合牢固,与未进行化学氧化处理的石墨纸/铜相比,石墨纸与铜箔的结合能力得到显著提高。(a)图中材料条纹直,整齐排列,是体积分数30%石墨纸的复合材料,根据条纹的宽度可以显而易见看出复合材料中各材料的体积分数。(b)相对于图(a)条纹有少许弯曲,但是条纹之间没有连接,这是在模具中填充材料时,由于石墨纸与铜箔数量多,会有一些褶皱,在模具压力作用后,褶皱会使层间界限变得模糊,微观形貌上变得弯曲。(c)(d)分别是体积分数为50%、60%石墨纸/铜复合材料,观察发现当石墨纸的体积分数提高时,组分材料的界限变得模糊,但是扔未有相交部分。(e)图为石墨纸体积分数为80%的复合材料,石墨纸与铜之间的界限变得模糊,石墨纸之间有相交部分。为了提高石墨纸的体积分数,不能加厚石墨纸的厚度,会使复合材料容易开裂,层与层之间会发生剥离,因此降低铜箔的流延厚度,流延得到的铜箔上会有细小的空隙,在真空热压机的压力作用下,化学氧化处理石墨纸表面的颗粒会透过铜箔表面的空隙与石墨纸之间连接起来,形成了石墨纸相交的微观形貌。2.4 材料性能
对酸洗后的石墨和制备的复合材料进行微观形貌表征,电镜图如图3-1所示,(a)(b)高纯石墨体积分数30%,(c)高纯石墨体积分数为50%,(d)高纯石墨体积分数70%,随着高纯石墨体积分数的增加,微观形貌图中高纯石墨所占面积逐渐增大。由于石墨是片状,在XY面石墨的表面积大于Z面。由(b)(d)可看出石墨和铝的界面结合有待改善,石墨和铝基体的润湿性差,导致铝和石墨之间出现缝隙,天然鳞片石墨具有脆性,在混料和加压过程中会破坏石墨的完整性,从而降低复合材料的导热率以及力学性能。图3-1未镀层石墨/铝复合材料电镜图
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子封装陶瓷基板[J]. 程浩,陈明祥,罗小兵,彭洋,刘松坡. 现代技术陶瓷. 2019(04)
[2]放电等离子烧结制备7056铝合金的组织与性能[J]. 黄兰萍,何军,李松,陈送义,陈康华. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(02)
[3]石墨烯含量对铜基复合材料的导电、导热、耐腐蚀和力学性能的影响（英文）[J]. 王剑,郭丽娜,林万明,陈津,张帅,陈少达,甄甜甜,张宇阳. 新型炭材料. 2019(02)
[4]碳纳米材料增强镁基复合材料研究进展[J]. 王晓军,向烨阳,胡小石,吴昆. 金属学报. 2019(01)
[5]电子封装用导热环氧树脂基复合材料的研究进展[J]. 谢宇宁,雷华,石倩. 工程塑料应用. 2018(12)
[6]低压铸造法制备铝基复合材料的研究现状[J]. 郑小秋,谢世坤,易荣喜,郭秀艳. 有色金属材料与工程. 2018(05)
[7]SiC、Si、混合功率模块封装对比评估与失效分析[J]. 李晓玲,曾正,陈昊,邵伟华,胡博容,冉立. 中国电机工程学报. 2018(16)
[8]微电子封装技术的发展趋势研究[J]. 周泰. 现代信息科技. 2018(08)
[9]粉末法制备碳纳米管增强铜基复合材料及性能研究[J]. 赵炜康,朱学宏,夏莉红,张福勤. 矿冶工程. 2018(03)
[10]高导热金刚石/铜电子封装材料:制备技术、性能影响因素、界面结合改善方法[J]. 赵龙,宋平新,张迎九,杨涛. 材料导报. 2018(11)
硕士论文
[1]碳纳米管/铜复合材料的制备及性能研究[D]. 王艳.郑州航空工业管理学院 2019
[2]层状互穿结构SiC/Al复合材料制备过程中熔体浸渗行为研究[D]. 陈梦婷.兰州理工大学 2019
[3]电子封装用环氧模塑料的制备及性能优化研究[D]. 秦旺洋.湖北工业大学 2018
本文编号：2979074
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