高硅铝合金几种常见制备方法及其细化机理

高硅铝合金根据制备方法的不同,其细化方法及原理也有所不同。主要综述了熔炼铸造、快速凝固粉末冶金和喷射沉积工艺制备高硅铝合金的方法及其细化机理。

硅含量对高硅铝合金材料组织及性能的影响

针对航空航天电子封装用轻质高硅铝合金材料,采用空气雾化水冷与真空包套热挤压工艺相结合的方法,制备了 Al-30Si 和 Al-40Si 高硅铝合金,并利用金相显微镜、万能电子拉伸机、差热分析仪、TR-2热物性测试仪等设备系统测试和分析了该材料的显微组织、力学和热物理性能。结果表明:随着合金中硅含量的增加,经热挤压后的硅相尺寸相对要粗大一些;材料的热导率呈下降趋势,热导性能下降的幅度会随 Si 含量的增加而加大;热膨胀系数下降;材料的抗拉强度下降。

快速凝固/粉末冶金制备高硅铝合金材料的组织与力学性能

采用空气雾化水冷与真空包套热挤压工艺相结合的方法,制备了Al 30Si和Al 40Si过共晶高硅铝合金材料,采用扫描电镜与金相显微镜进行了显微组织分析,检测了其力学性能。研究表明:所制备的高硅铝合金粉末颗粒尺寸在2～10μm之间;挤压后的材料具有组织十分细小且均匀弥散分布的Si相;在370℃热挤压条件下,其抗拉强度高达239MPa,比相同成分的铸轧态试样提高了77%,随着挤压温度的升高以及Si含量的增加,硅相颗粒增大,抗拉强度下降。

挤压温度对高硅铝合金材料物理性能的影响

针对航空航天电子封装用轻质高硅铝合金,采用空气雾化水冷与真空包套热挤压工艺相结合的方法,制备了Al-30Si和Al-40Si过共晶高硅铝合金,并通过排水法对其进行了密度测试,同时测定了材料的导热性、气密性和热膨胀系数,得到了挤压温度与其性能的关系。结果表明:利用粉末冶金热挤压技术所制备的高硅铝合金,其致密度高达99．64％;材料的密度随挤压温度的升高而增加;随挤压温度的升高,热导率在104～140 W／(m·K)内变化,热膨胀系数逐渐增加,但均小于13×10-6(在100℃时);材料的气密性达10-9数量级。

粉末粒度对高硅铝合金材料组织及性能的影响

采用空气雾化水冷与真空包套热挤压工艺相结合的方法,制备了A l-40S i高硅铝合金,并利用金相显微镜、扫描电镜、万能电子拉伸机、差热分析仪等设备系统测试和分析了该材料的显微组织、力学和热物理性能.研究表明:当原始粉末粒度较粗时,经热挤压后材料的显微组织中硅相粗大,致密度与气密性较低,抗拉强度较小,导热性能和热膨胀系数较大.

快速凝固喷射沉积制备Al-40Si组织分析

针对应用广泛的低密度、低膨胀、高热导、高比强的高硅铝合金,采用快速凝固喷射沉积技术制备了Al-40Si高硅铝合金锭坯,通过光学显微镜及扫描电镜对其组织进行了分析.结果表明：合金组织特征为初生Si相均匀弥散分布于α-Al基体中,未出现共晶Si组织;随着合金中Si含量的增加,初生硅相的数量增加,平均尺寸增大;本试验所制备的Al-40Si合金中初晶硅粒子大小为5～30μm,并随合金锭坯部位的不同,初生Si大小不同,中心部位最小,底部次之,边部最大.

高硅铝合金粉末的高温空气氧化预处理工艺

通过对铝硅合金粉末采用高温空气氧化预处理,然后进行包套热挤压,制备了Al-12Si共晶及Al-30Si过共晶高硅铝合金材料。利用氧分析仪、金相显微镜、扫描电镜及透射电镜等分析检测设备,对预处理粉末的氧含量与组织及所制备材料组织进行分析比较。结果表明:铝硅合金粉末氧含量随氧化时间延长而逐渐增加,氧化速度随氧化时间延长而下降;粉末颗粒表面氧含量明显高于颗粒内部的;在相同氧化时间内,Al-30Si粉末氧含量的增加大于Al-12Si的,Al-30Si粉末的氧化速度更快;合金粉末经高温空气氧化预处理后,晶粒出现不同程度的长大,Al-12Si共晶合金的晶粒长大不明显,而Al-30Si过共晶合金晶粒长大十分明显。

粉末球磨预处理对高硅铝合金材料组织与物理性能的影响

为制备出能满足使用要求的高硅铝合金电子封装材料,采用高能球磨对Al-Si合金粉末进行氧化预处理,结合包套热挤压制备Al_2O_3与SiO_2增强的弥散强化型铝硅复合材料,并采用透射电镜、金相显微镜及热物性测试仪,对材料显微组织、密度、气密性、热膨胀系数及热导率进行分析测试。试验结果表明:与高温空气氧化相比,粉末高能球磨后,所制备材料的晶粒更加细小,特别是硅粒子已明显细化:粉末球磨后所制备材料密度接近于理论密度,其致密度在99%左右:材料气密性很好,在1 nPa·m^3·s^(-1)以下;材料热膨胀系数随粉末球磨时间延长而下降,当球磨时间超过24 h后,材料膨胀系数小于13μK^(-1);随着球磨时间延长材料热导率增加,球磨32 h后,材料热导率高达145.5 W·m^(-1)·K^(-1)。

包覆轧制过共晶高硅铝合金材料的性能研究

针对应用广泛的过共晶高硅铝合金,采用熔炼铸造与包覆轧制相结合的方法,制备了Si含量>26%的高硅铝合金材料,通过电子金相显微镜和扫描电镜时合金材料的微观组织进行了分析,并对材料进行了热膨胀系数、气密性及抗拉强度的测定。实验结果表明:包覆轧制可有效阻止脆性材料裂纹的扩展;在100～400℃,Si含量为28.49%的高硅铝合金材料在纵向的热膨胀系数的平均值为16.3×10^(-6),横向为16.2×10^(-6),气密性为0.9966×10^(-7),材料纵向的室温抗拉强度为135.610MPa;Si含量为32.08%的材料,在100～400℃,纵向的热膨胀系数的平均值为15.9×10^(-6),横向为15.8×10^(-6),气密性为3.4×10^(-7),材料纵向的室温抗拉强度为93.96MPa。

高温空气氧化对高硅铝合金材料组织及物理性能的影响

采用高温空气氧化对Al-12Si与Al-30Si合金粉末进行预处理,结合包套热挤压,制备出Al2O3与SiO2增强的弥散强化型铝硅复合材料,通过金相及热物性测试,对材料显微组织、密度、气密性、热膨胀系数、导热系数进行了分析。结果表明:合金粉末经高温空气氧化预处理后,Al-12Si晶粒长大不明显,而Al-30Si晶粒发生了明显长大;材料致密度随氧化时间延长略有下降,但均在97%以上,材料气密性均在1×10-9 Pa.m3/s左右;在相同工艺条件下,Al-30Si材料热膨胀系数明显低于Al-12Si材料,氧化时间对材料热膨胀系数影响不明显;导热系数随材料中硅含量增加而下降,随粉末氧化时间延长而增加,氧化24 h后,材料导热系数超过120 W/(m.K)。

Al-Si合金粉末的高能球磨及其表征

为制备能满足使用要求的高硅铝合金电子封装材料,采用高能球磨对Al-Si合金粉末进行氧化预处理,结合包套热挤压制备Al2O3与SiO2增强的弥散强化型铝硅复合材料,并利用粉末粒度分析仪、氧分析仪、金相显微镜及扫描电镜对球磨粉末氧含量、粉末粒度及材料组织进行分析。研究结果表明:Al-Si合金粉末经24 h球磨后,粉末粒度明显减小,部分粒径从3～5μm减小到0.1～0.2μm;球磨后粉末形状从原来的长条状转变为细小的球状;粉末氧含量随着球磨时间延长而增加,且与球磨时间接近于呈线性关系;粉末经高能球磨后,所制备材料晶粒更加细小,特别是硅粒子已明显细化,材料组织更均匀、更致密;随着粉末球磨时间延长,材料热导率增加,球磨32 h后,材料热导率高达145.5 W·m-1·K-1。

过共晶高硅铝合金的包覆轧制工艺初步研究

对熔铸法制备的Si的质量分数大于 2 6%的高硅铝合金锭坯的后续包覆轧制工艺进行了初步研究。采用包覆轧制 ,对经变质处理后的高硅铝合金进行热轧 ,采用多道次小变形量的方式 ,热轧变形量可大于 60 %而不开裂。冷轧后各试样的轧制总变形量可大于 90 % ,并借助金相显微镜对该材料各种状态的组织进行了对比分析。结果表明 ,包覆轧制可有效阻止脆性材料裂纹的扩展 。

挤压温度对高硅铝合金材料力学性能的影响

针对航空航天电子封装用轻质高硅铝合金材料,采用空气雾化水冷与真空包套热挤压工艺相结合的方法,制备了 Al-30Si 和 Al-40Si 过共晶高硅铝合金材料,并通过金相显微镜观察了材料的微观组织,测定了合金材料的抗拉强度以及延伸率,对拉伸试样的断口进行了扫描。探讨了挤压温度对材料组织、强度、延伸率及断裂行为的影响。结果表明:利用粉末冶金热挤压技术所制备的高硅铝合金材料,其硅相细小,当挤压温度为370℃时,其硅相大小为2～10μm,且分布均匀弥散;硅相尺寸随着挤压温度的升高而长大;抗拉强度随挤压温度的升高而降低.Al-30Si 经370℃挤压后,其室温抗拉强度为239MPa,而550℃为206MPa;延伸率随挤压温度的升高而有所增加,但不很敏感;随挤压温度的升高,材料的断裂方式由单纯的韧性断裂逐渐向韧性与脆性共存的混合断裂方式转变。

高硅铝合金材料高温充氧氧化工艺

针对应用广泛的高硅铝合金电子封装材料,采用高温充氧氧化工艺,对已挤压成形的Al-30Si及Al-40Si高硅铝合金材料进行后续处理,通过扫描电镜、金相显微镜、热物性测试仪及电子万能拉伸试验机等,对材料显微组织、密度、气密性、热膨胀系数、热导率及抗压强度进行了分析比较。研究结果表明:高温充氧氧化后材料晶粒长大,Si含量高的材料长大更为明显,并存在Si颗粒偏聚现象;高温氧化后材料致密度增加,气密性提高;氧化后Al-30Si材料热膨胀系数略有增加,而充氧氧化对Al-40Si材料的热膨胀系数的影响不明显,但可提高材料热导率,Al-30Si与Al-40Si材料热导率分别提高16.4%和23.5%;高温氧化工艺显著降低材料抗压强度,Al-30Si与Al-40Si材料经氧化后抗压强度分别下降26.8%和20.5%。

挤压温度对高硅铝合金材料组织与性能的影响

针对应用广泛的低密度、低膨胀、高热导、高比强的高硅铝合金,采用空气雾化水冷与真空包套热挤压工艺相结合的方法,制备了Al-30Si与Al-40Si过共晶高硅铝合金材料,并通过金相微观组织分析、力学性能检测及拉伸试样断口扫描,研究了不同热挤压温度对合金的组织形貌与性能的影响.结果表明:所制备的高硅铝合金材料组织十分细小且Si相均匀弥散分布,随着挤压温度的升高,硅相晶粒增大,挤压温度在370℃～490℃范围内,硅晶粒长大不十分明显,但超过此温度区间有一个明显长大的过程;抗拉强度随挤压温度的升高、合金中Si含量的增加及原始粉末粒度的增大而下降;随着挤压温度的升高,合金材料的断裂方式由韧性断裂方式过渡到韧性与脆性共存的混合断裂方式.

球料比对Al-Si合金材料组织与热物理性能的影响

为制备出能满足使用要求的高硅铝合金电子封装材料,采用高能球磨对Al-Si合金粉末进行氧化预处理,结合包套热挤压制备了Al2O3与SiO2增强的弥散强化型铝硅复合材料。采用透射电镜、金相显微镜及热物性测试仪,对材料显微组织、密度、气密性、热膨胀系数及热导率进行了分析。试验结果表明:随着球料比增加,材料内部组织不断细化;Al-Si合金粉末经24h球磨及挤压后,所制备材料的致密度均大于99%,气密性均达到了10-9数量级;材料在100℃的热膨胀系数均低于13×10-6K-1;热导率均在120W/(m·K)以上,当球料比为10∶1时,材料热导率达到最大值142W/(m·K)。

粉末氧化对高硅铝合金热挤压复合材料组织及力学性能的影响

为提高高硅铝合金电子封装材料的使用性能,对Al-12Si与Al-30Si合金粉末进行300℃空气氧化,热挤压制备出Al2O3与SiO2增强的弥散强化型铝硅复合材料,通过光学显微镜及电子万能试验机对材料显微组织、抗拉强度、抗弯强度及拉伸断口形貌进行了分析。结果表明:合金粉末经高温空气氧化后,Al-12Si晶粒长大不明显,而Al-30Si晶粒发生了明显长大;Al-30Si复合材料的抗拉强度及抗弯强度均明显高于Al-12Si,且均随氧化时间延长而提高,粉末氧化32 h后,Al-30Si材料抗拉强度与抗弯强度高达291 MPa与378 MPa,比未氧化的分别提高了33.5%与32.2%;材料的断裂方式随着氧化时间延长而变化,由单纯的韧性断裂逐渐向韧性与脆性共存的混合断裂转变。

金属喷射沉积工艺的进展

对喷射沉积工艺的发展及现状，工艺的基本原理及主要特点、喷射沉积合金材料等进行了论述和评价。用该工艺可生产少无偏析、晶粒细小、致密度高的材料，且合金的含氧量低，生产工艺简化而且生产成本低。

采用喷射沉积法制备耐热铝合金的工艺研究

利用自行研制的喷射沉积装置，作者研究了工艺因素对喷射成形制备Ａｌ－８Ｆｅ－２Ｖ－２Ｓｉ的坯料，并采用热轧等手段获取了组织性能优异的合金板材。

高硅铝合金轻质电子封装材料研究现状及进展

综合比较了现有电子封装材料的性能及其在航空航天领域中的应用现状,较详细地阐述了高硅铝合金电子封装材料的性能特点、制备方法及研究现状,指出了高硅铝合金轻质电子封装材料的发展方向。