泡沫铝三明治板的研究与应用进展

泡沫铝三明治板(Aluminum foam sandwich,AFS)是基于泡沫铝材料开发的一类材料-结构一体化的先进多孔复合结构。AFS是交通运输、建筑以及航空航天等装备结构轻量化的重要材料,具有广阔的应用前景。概述了AFS的几类制备技术的基本原理和研究现状,着重分析了复合预制体制备、合金成分、AFS发泡成型工艺等关键环节中存在的理论和技术难点。介绍了AFS作为结构材料和功能材料的典型应用案例;最后总结提出了AFS材料研究和工程化技术开发的关键点与突破途径。

等温锻造对碳化硅颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的影响

开展了粉末冶金法制备的20%SiC_p/2009Al复合材料坯锭的等温锻造实验,通过金相观察、扫描电镜(SEM)、拉伸和断裂韧性测试等方法研究了不同变形量对锻件微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着等温锻造变形量的增大,SiC颗粒分布更加均匀,锻件的强度和塑性显著提高。通过SEM对材料断裂韧性裂纹扩展路径观察发现,主裂纹扩展发生在SiC颗粒偏聚区域的铝基体中。复合材料的断裂方式为以基体韧性断裂和增强体脆性断裂这2种方式为主。

颗粒尺寸对15%SiC_p/2009Al复合材料断裂韧性的影响

采用粉末冶金+挤压工艺制备了含不同粒径SiC颗粒(3.5, 5.0, 10.0和15.0μm)的15%SiCp/2009A1复合材料挤压棒材,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和万能试验机研究了SiC颗粒尺寸对15%SiCp/2009Al复合材料力学性能的影响。结果表明, SiC颗粒尺寸对复合材料强度和韧性的影响效果十分显著。随着SiC颗粒从3.5μm增大至15μm,复合材料的强度逐渐减小,而延伸率则逐渐增大。SiC颗粒尺寸为5.0μm时,复合材料的强度和塑性最佳,抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)分别为582, 382 MPa,延伸率(A)为10%,断裂韧性(KIC)为33.7 MPa·m1/2。SiC颗粒尺寸为3.5μm时,复合材料的断裂以SiC颗粒周围的铝基体韧性撕裂为主, SiC颗粒尺寸超过5.0μm时,复合材料断裂方式为SiC颗粒周围的铝基体韧性撕裂和SiC颗粒脆性断裂的共同作用,由于SiC-Al界面结合较好,未发现SiC-Al界面脱粘的失效形式。

前驱体合金化方式对粉末冶金泡沫铝孔结构的影响

以Al Si11合金为对象,选取了预合金化的粉末和元素混合粉末作为前驱体的原料,以Ti H2粉末为发泡剂,采用粉末冷等静压、真空热除气、热挤压成形等工艺制备前驱体、再次加热发泡成型的方法制备了不同时间状态的一系列泡沫铝试样;对系列试样的孔隙率、孔径及其分布、孔形貌等参数的演变规律进行了对比研究;对孔壁微观组织进行了金相表征。结果表明,预合金粉前驱体制备的泡沫铝试样的最大孔隙率为72%,平均孔径为0.59~3.38 mm,孔径分布不均匀;气孔演化过程经历了气孔形核、气孔长大和快速合并阶段,发泡后期出现严重排液现象。元素混合粉前驱体制备的泡沫铝试样的最大孔隙率为84%,平均孔径为0.58~1.99 mm,孔径分布较为均匀;气孔经历了形核、快速合并长大和气孔缓速合并3个阶段。二者相比,元素混合粉前驱体的可发泡性更好、气孔稳定性更好;结合组织分析可知,前驱体中AlSi组织特征(尤其是界面形态)的差异从本质上决定了合金的熔化和凝固行为,进而对气孔形核和演化产生了较大的影响。

硅颗粒增强铝基复合材料的制备与激光焊接行为

硅颗粒增强铝基复合材料(Si/Al)具有低热膨胀、高导热、可焊接的综合性能,能够很好满足微电子器件封装的技术要求,在微电子封装领域具有广阔的应用前景。激光焊接工艺性能是微电子封装的重要应用工艺之一,也是制约封装材料应用的瓶颈问题之一。为了提高Si/Al复合材料的激光焊接工艺性能,本文采用工艺灵活的粉末冶金技术,根据粉末的粒度和纯度的差异设计制备了4种组分的50%Si/Al和两种27%Si/Al复合材料,在较宽的激光参数范围内研究了材料的激光焊接行为。结果表明,粉末粒度和纯度的调整极大地影响了材料对激光的响应特点,对焊缝表面成型、焊接气孔率以及熔池尺寸都产生了较大影响。其中,粉末粒度较粗、纯度较低的50%Si/Al复合材料的焊接气孔率最低,预计具有较高的气密性。本文的研究结果对于提高Si/Al复合材料的激光焊接气密性、推动粉末冶金铝基复合材料在电子领域的应用具有重要意义。