铜、镁复合添加对雷达电子封装用Al/50%Si材料组织和性能的影响

发布时间：2022-01-27 08:35

　　采用热压烧结制备Al/50%Si复合材料。利用金相显微镜和扫描电子显微镜观察复合材料的微观组织。研究复合添加0.5%～4%Cu和0.5%Mg对材料显微组织、力学性能和热物理性能的影响。结果表明:复合材料组织均匀细小,致密度高,综合性能好,当Cu添加量不超过1%,Mg添加量为0.5%时,Si颗粒没有粗化;当Cu添加量达到2%,Mg添加量为0.5%时,Si颗粒逐渐粗化。添加1%Cu和0.5%Mg后Al/50%Si复合材料的相对密度从98.5%上升到99.9%,抗拉强度和抗弯强度可分别达到293 MPa和412 MPa,热膨胀系数和热导率分别为11.0×10^-6/K和138 W/（m·K）,完全满足高性能雷达用电子封装材料的性能要求。 

【文章来源】：现代雷达. 2020,42(08)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

Al/50%复合材料SEM照片

图1为Al/50%Si复合材料金相照片。由图1可知:当Cu添加量不超过1%、Mg添加量为0.5%时,Si颗粒尺寸在20 μm以下,部分Si颗粒呈“蠕虫状”,有相互连接的趋势,这种结构的Si颗粒相对孤立分布的球状Si颗粒而言更有利于组织基体变形,能在一定程度上提高复合材料力学性能,且Si颗粒相对于不添加Cu和Mg没有发生明显粗化,组织均匀,Al基体相互连通;当Cu添加量为2%、Mg添加量为0.5%时,部分Si颗粒发生缠结、合并、长大,如图1e)所示;而图1f)中,当Cu添加量为4%、Mg添加量为0.5%时,尺寸在20 μm以上的粗化Si颗粒体积分数达50%以上。从组织均匀性方面考虑,对于Al/50%Si复合材料添加过量的合金元素并不合适。图1 Al/50%复合材料金相照片

图3是Al/50%Si复合材料的应力-应变曲线。由于Si含量高达50%,复合材料的伸长率不足5%,试样在拉伸时没有经历明显的屈服和应变硬化阶段,且伸长率随着添加的合金元素总量的增加而下降,而强度则是随合金元素的增加先升高后下降。当Cu添加量为1%、Mg添加量为0.5%时,复合材料的强度达到最大值。Al/50%Si复合材料的强化机制主要为Si颗粒强化,试样在拉伸过程中,Si颗粒能有效阻止较软的Al基体发生塑性变形;此外,合金元素的添加起到一定的固溶强化和析出强化作用,使材料获得一定的刚度和强度,当材料内部应力累积到一定程度时,材料发生断裂。图4为Al/50%Si复合材料的抗拉强度和抗弯强度。未添加Cu和Mg的Al/50%Si复合材料抗拉强度和抗弯强度分别是225 MPa和351 MPa;添加0.5%的Mg后,复合材料抗拉强度和抗弯强度有小幅提高;而同时添加Cu和Mg,强度提高更明显,当添加1%的Cu和0.5%的Mg时,抗拉强度和抗弯强度分别可达293 MPa和412 MPa,提高幅度分别为30%和17%。强度的提高主要与合金元素的添加有关。Cu和Mg在Al基体中有一定的固溶度,对基体有固溶强化作用,但大部分添加的合金元素在热压过程析出来,形成颗粒状的Al2Cu相和块状的Al-Si-Cu-Mg相,析出强化效果明显。对于非真空雾化的铝合金粉末,表面不可避免有一层较薄的氧化膜,适量的Mg能在热压过程中净化粉末中的氧;此外,合金元素的添加能使粉末在热压过程中形成小范围的液相,有利于粉末与粉末之间的粘结,提高粉末热压制品的致密度[7]。本实验中未添加合金元素的Al/50%Si复合材料相对密度为98.5%,而添加1%的Cu和0.5%的Mg后相对密度达99.9%。同时,合金元素的添加可以降低热压温度,实现较低温度下粉末的致密化,有利于降低晶粒和Si颗粒尺寸。

【参考文献】：
期刊论文
[1]铜含量对Al-50%Sip复合材料显微组织和力学性能的影响[J]. 吴翔,王日初,彭超群,蔡志勇.  中国有色金属学报. 2016(01)
[2]硅铝合金在微波模块电路封装中的应用[J]. 陈以钢,田飞飞,邵登云,戴立强,祝超.  半导体技术. 2015(04)
[3]电子封装用金属基复合材料的研究现状[J]. 朱敏,孙忠新,高锋,刘晓阳.  材料导报. 2013(S2)
[4]高硅铝合金电子封装材料研究进展[J]. 解立川,彭超群,王日初,王小锋,蔡志勇,刘兵.  中国有色金属学报. 2012(09)
[5]电子封装用Sip/Al复合材料的热物理性能研究[J]. 宋美慧,修子扬,武高辉,宋涛.  宇航材料工艺. 2005(06)



本文编号：3612141