液固分离法制备金刚石/铝封装材料的组织与性能
发布时间：2021-04-14 08:05
采用高性价比液固分离法（LSS）制备高性能金刚石/铝散热基板,研究金刚石镀铜对复合材料界面结合和导热性能的影响,利用SEM、EMPA、XRD分析复合材料的断口形貌及界面行为。结果表明:镀层元素向基体扩散与基体铝形成Al2Cu4化合物,中间相增强两相界面结合,改善材料性能。金刚石镀铜处理后,复合材料致密度提高1.16%,热导率提高9.50%,抗拉强度提高17.39%,复合材料的热物理性能优于CE13合金的。用Maxwell、Kerner理论模拟预测热导率（TC）、热膨胀系数（CTE）与实际测量结果相一致。
【文章来源】：中国有色金属学报. 2017,27(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
金刚石颗粒的SEM像
中国有色金属学报2017年9月1856图1金刚石颗粒的SEM像Fig.1SEMimagesofdiamond:(a)Uncoateddiamond;(b)Cu-coateddiamond匀的不光滑颗粒状物质包裹，颗粒物填补金刚石了表面的细微裂纹等缺陷，镀层在金刚石颗粒表面附着较好。1.2实验方法图2(a)所示为液固分离模具系统结构图。该系统具有液固分离通道、液相定量控制、定向凝固关键结构。分离通道是开有2mm缝隙的过滤挡板，如图2(b)所示。通过确定缝隙尺寸来控制铝液及金刚石颗粒的流动。在触变成形过程中，液固分离通道可以将液态铝定向挤出，并阻止金刚石颗粒通过。分离出液相通过分离通道进入并充满上模腔，通过设计上模腔体积可以制备不同体积分数的金刚石/铝复合材料。40%(体积分数)金刚石/铝复合材料的制备方法如下：1)将20%单晶金刚石颗粒与纯铝粉机械混合1h，在500MPa压力，保压1min，制成冷压坯料；2)将冷压坯料放置液固分离腔加热至683℃，保温40min，使坯料处于半固态状态；3)半固态浆料在50MPa压力油缸推动进行挤压、分离，液固分离液相通过2mm分离通道进入并充满上模腔，持续保压15min。最终制备尺寸为50mm×40mm×3mm的散热基板，结果如图3所示。采用激光切割机和金刚石砂轮对复合材料进行机械加工。采用德国蔡司EVO-18型扫描电镜(SEM)观察金刚石颗粒表面及三点弯曲断口形貌。采用日本电子JXA-8230型电子探针(EMPA)能谱线扫描测定Al、图2液固分离法示意图Fig.2SchematicdiagramofdieofLSS(a)andseparationchannel(b):1—Resistancewire;2—CavityofupperdieChamber;3—Liquidofseparateout;4—Separationchannel;5—Coldpressblank;6—Downpatternplate;7—Ejectorpin图3金刚石/铝复合材料散热基板照片Fig.3Photooffabricateddiamond/Alcompositeinapp
挤出，并阻止金刚石颗粒通过。分离出液相通过分离通道进入并充满上模腔，通过设计上模腔体积可以制备不同体积分数的金刚石/铝复合材料。40%(体积分数)金刚石/铝复合材料的制备方法如下：1)将20%单晶金刚石颗粒与纯铝粉机械混合1h，在500MPa压力，保压1min，制成冷压坯料；2)将冷压坯料放置液固分离腔加热至683℃，保温40min，使坯料处于半固态状态；3)半固态浆料在50MPa压力油缸推动进行挤压、分离，液固分离液相通过2mm分离通道进入并充满上模腔，持续保压15min。最终制备尺寸为50mm×40mm×3mm的散热基板，结果如图3所示。采用激光切割机和金刚石砂轮对复合材料进行机械加工。采用德国蔡司EVO-18型扫描电镜(SEM)观察金刚石颗粒表面及三点弯曲断口形貌。采用日本电子JXA-8230型电子探针(EMPA)能谱线扫描测定Al、图2液固分离法示意图Fig.2SchematicdiagramofdieofLSS(a)andseparationchannel(b):1—Resistancewire;2—CavityofupperdieChamber;3—Liquidofseparateout;4—Separationchannel;5—Coldpressblank;6—Downpatternplate;7—Ejectorpin图3金刚石/铝复合材料散热基板照片Fig.3Photooffabricateddiamond/AlcompositeinapplicationofheatdissipationpreparedbyLSSprocessC、Cu元素分布。采用日本理学D/MAX-RB型旋转阳极衍射仪(XRD)进行物相分析，采用Cu靶，工作电压40kV，工作电流150mA。采用中国群隆GH-120E型密度仪测量复合材料密度(ρ)。采用德国耐驰LFA427型激光散射热导仪测定复合材料室温热扩散系数(α)，试样尺寸为直径12.7mm×3mm。根据理论模型计算复合材料定压比热容(cp)。复合材料的热导率(λ)
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子封装用金属基复合材料的研究进展[J]. 曾婧,彭超群,王日初,王小锋. 中国有色金属学报. 2015(12)
[2]金刚石混杂碳化硅/铝复合材料的组织与热物理性能（英文）[J]. 郭宏,韩媛媛,张习敏,贾成厂,徐骏. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(01)
[3]放电等离子烧结法制备Cu/金刚石复合材料的性能与显微组织（英文）[J]. 陶静梅,朱心昆,田维维,杨鹏,杨浩. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(10)
[4]电子封装用diamond/Al复合材料研究进展[J]. 马如龙,彭超群,王日初,张纯,解立川. 中国有色金属学报. 2014(03)
[5]液固分离和喷射沉积制备Al-45%Si合金的组织及性能（英文）[J]. 李艳霞,刘俊友,王文韶,刘国权. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(04)
[6]镀层厚度对镀钛金刚石/铝复合材料热导率的影响[J]. 陈代刚,于家康,于威,袁曼. 中国有色金属学报. 2013(03)
[7]半固态触变成形制备高硅铝基电子封装盒体的组织与性能(英文)[J]. 贾琪瑾,刘俊友,李艳霞,王文韶. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(01)
[8]镀TiC金刚石/铝复合材料的界面及热膨胀性能[J]. 王新宇,于家康,朱晓敏. 中国有色金属学报. 2012(06)
[9]Effect of thermal-cooling cycle treatment on thermal expansion behavior of particulate reinforced aluminum matrix composites[J]. 陈国钦,修子扬,杨文澍,姜龙涛,武高辉. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(11)
[10]电子封装陶瓷基片材料的研究进展[J]. 李婷婷,彭超群,王日初,王小锋,刘兵. 中国有色金属学报. 2010(07)
本文编号：3136976
【文章来源】：中国有色金属学报. 2017,27(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
金刚石颗粒的SEM像
中国有色金属学报2017年9月1856图1金刚石颗粒的SEM像Fig.1SEMimagesofdiamond:(a)Uncoateddiamond;(b)Cu-coateddiamond匀的不光滑颗粒状物质包裹，颗粒物填补金刚石了表面的细微裂纹等缺陷，镀层在金刚石颗粒表面附着较好。1.2实验方法图2(a)所示为液固分离模具系统结构图。该系统具有液固分离通道、液相定量控制、定向凝固关键结构。分离通道是开有2mm缝隙的过滤挡板，如图2(b)所示。通过确定缝隙尺寸来控制铝液及金刚石颗粒的流动。在触变成形过程中，液固分离通道可以将液态铝定向挤出，并阻止金刚石颗粒通过。分离出液相通过分离通道进入并充满上模腔，通过设计上模腔体积可以制备不同体积分数的金刚石/铝复合材料。40%(体积分数)金刚石/铝复合材料的制备方法如下：1)将20%单晶金刚石颗粒与纯铝粉机械混合1h，在500MPa压力，保压1min，制成冷压坯料；2)将冷压坯料放置液固分离腔加热至683℃，保温40min，使坯料处于半固态状态；3)半固态浆料在50MPa压力油缸推动进行挤压、分离，液固分离液相通过2mm分离通道进入并充满上模腔，持续保压15min。最终制备尺寸为50mm×40mm×3mm的散热基板，结果如图3所示。采用激光切割机和金刚石砂轮对复合材料进行机械加工。采用德国蔡司EVO-18型扫描电镜(SEM)观察金刚石颗粒表面及三点弯曲断口形貌。采用日本电子JXA-8230型电子探针(EMPA)能谱线扫描测定Al、图2液固分离法示意图Fig.2SchematicdiagramofdieofLSS(a)andseparationchannel(b):1—Resistancewire;2—CavityofupperdieChamber;3—Liquidofseparateout;4—Separationchannel;5—Coldpressblank;6—Downpatternplate;7—Ejectorpin图3金刚石/铝复合材料散热基板照片Fig.3Photooffabricateddiamond/Alcompositeinapp
挤出，并阻止金刚石颗粒通过。分离出液相通过分离通道进入并充满上模腔，通过设计上模腔体积可以制备不同体积分数的金刚石/铝复合材料。40%(体积分数)金刚石/铝复合材料的制备方法如下：1)将20%单晶金刚石颗粒与纯铝粉机械混合1h，在500MPa压力，保压1min，制成冷压坯料；2)将冷压坯料放置液固分离腔加热至683℃，保温40min，使坯料处于半固态状态；3)半固态浆料在50MPa压力油缸推动进行挤压、分离，液固分离液相通过2mm分离通道进入并充满上模腔，持续保压15min。最终制备尺寸为50mm×40mm×3mm的散热基板，结果如图3所示。采用激光切割机和金刚石砂轮对复合材料进行机械加工。采用德国蔡司EVO-18型扫描电镜(SEM)观察金刚石颗粒表面及三点弯曲断口形貌。采用日本电子JXA-8230型电子探针(EMPA)能谱线扫描测定Al、图2液固分离法示意图Fig.2SchematicdiagramofdieofLSS(a)andseparationchannel(b):1—Resistancewire;2—CavityofupperdieChamber;3—Liquidofseparateout;4—Separationchannel;5—Coldpressblank;6—Downpatternplate;7—Ejectorpin图3金刚石/铝复合材料散热基板照片Fig.3Photooffabricateddiamond/AlcompositeinapplicationofheatdissipationpreparedbyLSSprocessC、Cu元素分布。采用日本理学D/MAX-RB型旋转阳极衍射仪(XRD)进行物相分析，采用Cu靶，工作电压40kV，工作电流150mA。采用中国群隆GH-120E型密度仪测量复合材料密度(ρ)。采用德国耐驰LFA427型激光散射热导仪测定复合材料室温热扩散系数(α)，试样尺寸为直径12.7mm×3mm。根据理论模型计算复合材料定压比热容(cp)。复合材料的热导率(λ)
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子封装用金属基复合材料的研究进展[J]. 曾婧,彭超群,王日初,王小锋. 中国有色金属学报. 2015(12)
[2]金刚石混杂碳化硅/铝复合材料的组织与热物理性能（英文）[J]. 郭宏,韩媛媛,张习敏,贾成厂,徐骏. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(01)
[3]放电等离子烧结法制备Cu/金刚石复合材料的性能与显微组织（英文）[J]. 陶静梅,朱心昆,田维维,杨鹏,杨浩. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(10)
[4]电子封装用diamond/Al复合材料研究进展[J]. 马如龙,彭超群,王日初,张纯,解立川. 中国有色金属学报. 2014(03)
[5]液固分离和喷射沉积制备Al-45%Si合金的组织及性能（英文）[J]. 李艳霞,刘俊友,王文韶,刘国权. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(04)
[6]镀层厚度对镀钛金刚石/铝复合材料热导率的影响[J]. 陈代刚,于家康,于威,袁曼. 中国有色金属学报. 2013(03)
[7]半固态触变成形制备高硅铝基电子封装盒体的组织与性能(英文)[J]. 贾琪瑾,刘俊友,李艳霞,王文韶. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(01)
[8]镀TiC金刚石/铝复合材料的界面及热膨胀性能[J]. 王新宇,于家康,朱晓敏. 中国有色金属学报. 2012(06)
[9]Effect of thermal-cooling cycle treatment on thermal expansion behavior of particulate reinforced aluminum matrix composites[J]. 陈国钦,修子扬,杨文澍,姜龙涛,武高辉. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(11)
[10]电子封装陶瓷基片材料的研究进展[J]. 李婷婷,彭超群,王日初,王小锋,刘兵. 中国有色金属学报. 2010(07)
本文编号：3136976
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3136976.html
