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SiCp/Cu复合材料的显微组织与性能研究

作　者: 姚文杰
导　师: 姜龙涛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 电子封装铜基复合材料微观组织物理性能力学性能
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文以电子封装为应用背景,采用挤压铸造法制备了粒径大小为10μm的SiC颗粒体积分数分别为50%、55%和60%的SiCp/Cu复合材料。利用扫描电镜、透射电镜对复合材料的微观组织特征进行了研究,利用分析天平、热膨胀测试仪、热导率测试仪、涡流电导仪、三点弯曲和断裂韧性等多种手段观察测试了复合材料的显微组织、物理性能和力学性能,并分析了相关的影响因素。体积分数50%和55%的SiCp/Cu复合材料组织均匀致密,而体积分数为60%的复合材料存在着孔洞;透射组织观察表明,SiC颗粒中存在大量层错和孪晶,基体中的缺陷以层错和孪晶为主;SiC-Cu界面存在界面反应,分析表明,界面反应物为C和Si,而Si固溶进基体铜中形成一种新的CuSi固溶体;碳在铜基体内部析出且呈颗粒状甚至层状分布,体积分数和致密度的不同,界面反应的剧烈程度不同。本文中,体积分数为50%的SiCp/Cu复合材料的平均线膨胀系数(20~100℃)达到8.54×10-6/℃,满足电子封装使用性能要求;随着SiC颗粒体积分数的增大,复合材料的热膨胀系数降低;退火处理后材料的热膨胀系数小于铸态材料的。复合材料的热导率和电导率随着SiC颗粒体积分数的增加而减小,其热导率和电导率都远远低于工业纯铜,电导率甚至只有不到纯铜的1%,界面反应使得基体Cu中固溶进大量的Si,这大大的增加了对电子和声子的晶格散射,从而降低了电子和声子的平均自由程从而降低了材料的热导率和电导率。退火处理对复合材料导热率和电导率的影响不大。SiCp/Cu复合材料随着体积分数增大,弯曲强度和断裂韧性降低,弹性模量逐渐增加,但由于体积分数为60%的SiCp/Cu的复合材料由于致密度较差,其弹性模量的力学性能比其它两种体积分数的材料要低。退火处理后复合材料的力学性能较铸态时略有下降。SEM断口观察表明,颗粒存在破碎和剥离现象,基体中有少量的韧窝和撕裂棱,大的增强体颗粒脆性断裂,而小的增强体颗粒剥落,材料的断裂方式整体表现为脆断。

SiCp/Cu复合材料的显微组织与性能研究

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