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激光烧结制备电子封装用钨铜复合材料

作　者: 杜广
导　师: 赵龙志
学　校: 华东交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 激光烧结 钨铜复合材料 密度 导热系数 热膨胀系数 温度场
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


钨铜复合材料属于金属基复合材料里的典型，同时具备了金属钨和金属铜的特点：良好的导热能力、较低的热膨胀系数、具有良好的机械强度等，而且对于钨、铜互不相溶的金属组元，可以利用现有模型设计计算其一定配比下制备的钨铜复合材料的导热系数、热膨胀系数和密度，使得这些重要参数可以预先知道，从而确定各金属粉末的理论配比。由于以上显著特点，钨铜复合材料被广泛应用于电子封装材料和热沉材料，具有广阔的发展前景。本文以300目钨粉和300目铜粉为原材料，通过理论计算，设计好粉体各组分的比例，将部分粉体做化学镀处理，采用预置粉末方法进行激光烧结处理。对烧结样品切割试样，测试其密度、导热系数和热膨胀系数，相互对比，并和其理论值对比，结合软件模拟，分析原因。结果表明：（1）渡液反应的最佳温度为：68-70℃；（2）化学镀反应最佳PH值应该稳定在11-13之间；（3）对于100g钨粉的化学镀所用的镀液各成分最佳比例为：CuSO4∶HCHO∶EDTA-2Na=1∶1∶2，即用量为：125ml，125ml，250ml；钝化剂苯骈三氮唑乙醇溶液用量为40-50ml，（4）对于均为300目的钨粉铜粉复合粉，最佳的激光烧结工艺参数为：功率：22002400W；扫描速度：20mm/s；手工铺粉厚度：1mm；光斑：4mm。（5）上述工艺参数下激光烧结制备的钨铜复合材料的致密度相比于粉末冶金法制备的钨铜电子封装材料要低。（6）激光烧结制备的电子封装用钨铜复合材料其致密度、导热系数和热膨胀系数均比理论值低，而且含铜量越高的复合粉末，其与理论值相差越多。（7）同等配比的钨铜复合材料激光烧结块，经过化学镀处理后，其致密度、导热系数和热膨胀系数均比没有做化学镀处理的粉末高。（8）激光烧结的温度场呈出动态分布，而且呈现出椭圆形，由于激光烧结是一种急热急冷的过程，所以烧结层会出现较大的温度梯度。（9）激光烧结过程中能量会不断累积，造成后续粉层温度不断升高。（10）1mm厚的粉层理论上完全可以烧透，针对第四章中钨铜复合粉末烧结后部分区域粉末烧不透现象，是因为手工铺粉的不均匀性造成的。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
主要符号说明  8-9
第一章 绪论  9-21
  1.1 引言  9
  1.2 激光快速制备工艺  9-13
    1.2.1 选择性激光烧结  10-11
    1.2.2 直接激光烧结技术  11
    1.2.3 激光涂覆制造技术  11-12
    1.2.4 粉末压坯法激光烧结  12-13
  1.3 电子封装材料  13-15
    1.3.1 封装材料的分类及性能要求  14-15
  1.4 理想中的电子封装材料应该满足的基本要求  15-17
  1.5 钨铜复合材料的基本现状  17-21
    1.5.1 钨、铜二者物理性能  18
    1.5.2 机械合金化法制备钨铜复合材料  18-19
    1.5.3 粉末冶金法制备钨铜复合材料  19-20
    1.5.4 其他方法制备钨铜复合材料  20-21
第二章 粉体设计  21-24
  2.1 钨铜复合材料性能参数的计算和各组分配比选择  21-23
    2.1.1 钨铜复合材料热膨胀系数的设计  21-22
    2.1.2 钨铜复合材料导热系数的设计  22
    2.1.3 钨铜复合材料密度的设计  22-23
  2.2 激光加工的工艺选择  23-24
第三章 钨粉化学镀铜  24-32
  3.1 钨粉化学镀铜实验原理  25
  3.2 钨粉化学镀铜的热力学原理  25-26
  3.3 化学镀铜的动力学  26-27
  3.4 实验过程  27-29
    3.4.1 实验设备与试剂准备  27-28
    3.4.2 操作过程  28-29
  3.5 实验结果与讨论  29-31
  3.6 小结  31-32
第四章 激光烧结制备钨铜复合材料  32-49
  4.1 粉末配比选择  32
  4.2 激光工艺选择  32-33
  4.3 实验材料与设备  33-34
  4.4 激光烧结  34-38
  4.5 激光烧结结果  38-42
  4.6 后续性能测试  42-48
    4.6.1 致密度测试  42-44
    4.6.2 导热系数测试  44-46
    4.6.3 热膨胀系数测试  46-48
  4.7 小结  48-49
第五章 激光烧结制备钨铜材料的温度场模拟  49-59
  5.1 钨铜激光烧结的温度场有限元模型  49-55
    5.1.1 温度场的热传导控制方程  50
    5.1.2 激光烧结温度场模拟过程  50-51
    5.1.3 移动高斯热源的处理  51-52
    5.1.4 混合粉末的非线性处理  52-55
    5.1.5 激光烧结的有限元模型的建立  55
  5.2 激光烧结温度场模拟与结果分析  55-58
    5.2.1 对熔化/凝固相变潜热的处理  55-56
    5.2.2 表面单元效应的处理  56
    5.2.3 激光烧结的温度场模拟结果  56-58
  5.3 小结  58-59
第六章 总结与展望  59-61
  6.1 结论  59
  6.2 展望  59-61
参考文献  61-64
个人简历 在读期间发表的学术论文  64-65
致谢  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料
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