铝硅功能梯度材料的粉末冶金制备工艺及性能研究

发布时间：2021-05-17 06:27

　　铝硅合金作为新一代电子封装材料,具有低密度、高热导、低热膨胀系数、良好的加工焊接性,有望在航天航空、电子科技中得到广泛应用。近些年来,随着Sip/Al电子封装材料在航天航空等领域的应用研究不断深入,但其研究主要偏重其热膨胀系数、热导率及强度等热力学性能,而忽略其气密性及后续的机加工和封焊问题。针对上述问题,提出制备铝硅功能梯度材料（FGM）。论文通过比较各种制备功能梯度材料的方法,提出采用粉末冶金热压法制备铝硅功能梯度材料（FGM）。根据实验成分设计,系统研究了热压温度、压力以及烧结温度、时间对梯度材料性能的影响,并通过理论模型计算和实验测试对比分析梯度材料的热导率、热膨胀系数性能与单一组分铝硅复合材料的性能差异。论文还采用ANSYS有限元分析软件对铝硅梯度材料的热导率、热应力进行模拟,探究其热导率和热应力随硅含量增加、梯度结构的变化情况,取得了以下成果：（1）经热压（HP）烧结及热等静压（HIP）致密化,材料密度约为2.4-2.5g/cm3,增强体颗粒细小,各层含量分布均匀,热膨胀系数和热导率分别11.7×10-6/K,121W/m·K,抗弯强度为228MPa,各层硬度分别为132、... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
目录
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表格清单
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 电子封装材料种类
        1.2.1 陶瓷封装材料
        1.2.2 塑料封装材料
        1.2.3 金属及金属基复合材料
    1.3 Al-Si电子封装材料研究现状及制备方法
        1.3.1 Al-Si电子封装材料研究现状
        1.3.2 Al-Si电子封装材料制备方法
    1.4 功能梯度材料(FGM)现状及制备方法
        1.4.1 功能梯度材料(FGM)现状
        1.4.2 功能梯度材料(FGM)的研究内容
        1.4.3 功能梯度材料(FGM)的制备方法
    1.5 有限元分析在材料中的应用
        1.5.1 有限元分析简介
        1.5.2 ANSYS软件介绍
        1.5.3 有限元建模方法及步骤
        1.5.4 有限元在材料工程领域中的应用
    1.6 本文研究背景、内容及课题来源
第二章 Al-Si功能梯度材料(FGM)制备工艺及测试方法
    2.1 实验原料及方法
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验设备
        2.1.3 工艺流程
    2.2 性能测试及仪器方法
        2.2.1 密度
        2.2.2 热膨胀系数
        2.2.3 热导率
        2.2.4 抗弯强度
        2.2.5 硬度
        2.2.6 显微组织
        2.2.7 物相分析
第三章 Al-Si功能梯度材料(FGM)性能研究
    3.1 铝硅复合材料理论密度计算
    3.2 热压温度的选择及致密化
    3.3 烧结工艺对梯度材料密度的影响
    3.4 显微组织
    3.5 热膨胀系数
    3.6 热导率
    3.7 梯度材料力学性能
    3.8 材料成分分析
    3.9 样品机加工形貌
    3.10 本章小结
第四章 Al-Si功能梯度材料(FGM)的有限元分析
    4.1 Al-Si复合材料有限元计算
        4.1.1 复合材料物理性质
    4.2 稳态热导率的有限元解法
    4.3 有限元模型建立及分析步骤
    4.4 模型的边界条件及求解过程
    4.5 不同模型计算复合材料的热导率的研究
    4.6 不同基体对复合材料的热导率的影响
    4.7 梯度材料的热导率的模拟与实验
    4.8 复合材料的热应力模拟与分析
        4.8.1 热弹性问题的基本方程与求解
        4.8.2 Al-Si三层梯度材料的热应力模拟与分析
        4.8.3 Al-50Si复合材料的热应力模拟与分析
        4.8.4 Al-Si五层梯度材料的热应力模拟与分析
    4.9 本章小结
第五章 总结
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]喷射成形50Si50Al合金的组织与性能[J]. 许俊华,李浩,喻利花,王贵会,范曦,张豪.  材料热处理学报. 2013(08)
[2]Al-50Si合金电子封装材料的热压法制备及性能表征[J]. 杨奔,蒋阳,丁夏楠,仲洪海,李翔鹏.  粉末冶金工业. 2012(05)
[3]功能梯度材料的研究现状及展望[J]. 李信,刘海昌,滕元成,鲁伟员.  材料导报. 2012(S1)
[4]热等静压对电子封装60wt%Si-Al合金组织与性能的影响[J]. 张磊,杨滨.  塑性工程学报. 2010(04)
[5]电子封装材料的研究现状及趋势[J]. 汤涛,张旭,许仲梓.  南京工业大学学报(自然科学版). 2010(04)
[6]喷射成形技术国内外发展与应用概况[J]. 李荣德,刘敬福.  铸造. 2009(08)
[7]喷射成形70Si30Al电子封装材料致密化处理及组织性能研究[J]. 刘红伟,张永安,朱宝宏,王锋,魏衍广,熊柏青.  稀有金属. 2007(04)
[8]计算机在材料科学中的应用[J]. 李伟.  计算机与数字工程. 2007(05)
[9]功能梯度材料的研究现状及应用[J]. 李进,田兴华.  宁夏工程技术. 2007(01)
[10]功能梯度材料的研究现状[J]. 李智慧,何小凤,李运刚.  河北理工大学学报. 2007(01)

博士论文
[1]新型轻质低膨胀高导热电子封装材料的研究[D]. 杨伏良.中南大学 2007

硕士论文
[1]电子封装用Si-Al系列合金组织与性能研究[D]. 杨军.中南大学 2010
[2]粉末冶金法制备新型Si-Al电子封装材料的研究[D]. 蔡杨.中南大学 2004



本文编号：3191264