相分离型低膨胀Cu基合金的设计、制备与性能研究

发布时间：2020-07-28 09:13

【摘要】：近年来,随着科学技术的发展,微电子行业中电子产品不断向高度集成化、小型化方向发展,导致电路板单位面积的产热量急剧升高,这对电子封装材料的性能提出了更为严苛的要求。纯Cu的导热和导电性能优异,但其热膨胀系数很高。由于因瓦效应的影响Invar合金具有极低的热膨胀系数,但其导热性能较差。因此研究者们一直致力于开发出一种有效的合金制备手段将Cu与Invar合金进行复合,从而制备出低膨胀高导热的Cu-Invar复合材料。本研究基于本课题组建立的两相分离型Cu基合金的热力学数据库,利用相图计算方法(CALPHAD)进行合金的成分设计,分别采用真空电弧熔炼法、超音雾化法结合热压烧结、放电等离子快速烧结(SPS)技术制备低膨胀Cu-Invar合金,并对其显微组织、热膨胀系数、热导率等展开了系统的研究。其主要研究内容如下:(1)本研究利用CALPHAD方法和真空电弧熔炼技术,设计并制备了Cux(Fe0.64Ni0.32Coo.04)100-x(x=30,45,60,wt.%)系列合金。实验研究了该系列合金在不同热处理工艺时的显微组织,热导率以及热膨胀系数。研究结果表明:Cu-Fe64Ni32Co4系列合金在600 ℃和800 ℃时效处理后均为Fcc富铜相和Fcc富因瓦(铁镍钴)相组成的各向同性的多晶合金。该系列合金在1000 ℃淬火并在600℃时效处理50 h后,其热膨胀系数明显减小;热导率得到一定的提升;改变Cu的含量,可以有效调控合金的热膨胀系数、热导率等性能。(2)采用超音雾化技术制备了 Cu/Fe37Co54Cr9基复合粉体,该粉体组织具有典型的液相两相分离特征,分别为Fcc富铜相与Fcc富因瓦(铁钴铬)相;Cu/Fe37Co54Cr9基复合粉通过热压烧结法以及SPS法可获得组织均匀、致密度达97%以上的复合粉烧结体材料;退火处理后,复合粉烧结体材料的热膨胀系数有所减低,热导率得到明显提升。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG132.1
【图文】：

相图,相图计算,方法,相关体系

不仅能够为材料设计与发展提供了清晰的理论指导［８７＿８９］，而且广泛应用于新型逡逑材料的设计和开发［９＿。逡逑图１．２为计算相图方法简图，该方法是基于己有的实验相图、相关体系的热逡逑１１逡逑

包裹型,粉体,复合粉体

备出如图１．３邋（ａ）所示的类似于鸡蛋的卵型复合粉休，该粉体内核部分为富Ｃｕ逡逑相，外壳部分为富Ｆｅ相。深入研宄发现，通过调整两个组元的合金成分可以控逡逑制两液相的体积分数，这显示出其复合结构的可调性，如图１．３（ｂ）所示，制备逡逑出三层结构的卵型复合粉体，其中间层富Ｆｅ相，最内层最外层均为富Ｃｕ相。逡逑这种卵形复合粉体的核／壳结构是在一重力场下冷却凝固过程中自动形成的，因逡逑此该粉体也称之为自包裹型复合粉体。这一研究结果表明，对于具有液相两相分逡逑离的合金体系，通过选取适宜的合金成分和工艺条件可以调控复合粉休材料的组逡逑织。这一制备方法^u辟了一条工艺简单、低成本的复合材料的制备之路，具有良逡逑好的创新性和应用前景。逡逑ＨＨ逡逑图１．３邋Ｃｕ－Ｆｅ基合金的自包裹型卵状复介粉体逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｅｄ邋Ｃｕ／Ｉｎｖａｒ邋ａｌｌｏｙ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｐｏｗｄｅｒｓ逡逑１３逡逑

粉末成型,下模冲,粉末,模具

的石墨烧结模具，利用ＳＰＳ－２０Ｔ－１０放电等离子快速烧结炉对合金复合粉末进行逡逑烧结。该设备主要由炉体、真空系统、电控系统、脉冲电源、液压系统、工业计逡逑算机及专用软件、冷却系统等部分组成。如图２．２所示。设备主要参数为：逡逑额定功率１００邋ＫＷ，输出电流０－１００００邋Ａ，输入电压０－１０邋Ｖ，最高工作温度逡逑２３００邋°Ｃ，最大压力２０邋ｔ，极限真空度１（Ｔ３邋Ｐａ，压头行程１００邋ｍｍ。逡逑２８逡逑

【参考文献】