芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

一种乐器修补用的胶粘剂及粘接修补效果研究

针对胶粘剂对乐器用木材力学和声学性能的影响,试验制备了一种聚氨酯胶粘剂,并对其力学性能和声学性能进行探讨。试验结果表明,最佳R值为9.5,此时,材料的热稳定性良好,润湿性较好,粘接强度为17.35 MPa;材料粘接强度随催化剂含量的增加先上升后下降,催化剂最佳含量为0.25%,此时粘接强度为20.06 MPa;偶联剂最佳含量为0.15%;经胶粘剂处理后的桦木试件比动态弹性模量为20.22 GPa,声阻抗为2.83(Pa·s)/m,声学性能良好。试验制备的聚氨酯胶粘剂具备较好的热稳定性、润湿性、粘接强度,对乐器木材的修补效果较好,能作为一种乐器修补用胶粘剂使用。

热黏合聚乙烯/聚丙烯双组分纺黏非织造材料性能及其过滤机制

为研究热黏合加固技术对双组分纺黏非织造材料结构和性能的影响,以聚乙烯(PE)为皮层组分、聚丙烯(PP)为芯层组分,采取热轧和热风2种热黏合方式制备了PE/PP皮芯型双组分纺黏非织造材料,借助扫描电子显微镜、自动滤料测试仪、孔径测试仪、渗水性测定仪等对2种方法制备的纺黏非织造材料的结构和性能进行测试与表征,并对造成过滤性能不同的原因进行理论分析,阐释纤维滤材的过滤机制。结果表明:随着面密度的增加,热轧黏合纺黏非织造材料的平均孔径逐渐减小,耐静水压逐渐增加,其中面密度为80 g/m^(2)时,平均孔径为25.74μm,耐静水压为3.14 kPa;热风黏合纺黏非织造材料在低阻力、高容尘、品质因数方面的表现均优于热轧黏合纺黏非织造材料,其中面密度为80 g/m^(2)时,以质量中值直径为0.26μm的NaCl气溶胶为过滤媒介,在32 L/min的测试流量下,电晕驻极后热风黏合纺黏非织造材料的过滤效率为76.62%,过滤阻力仅为15.85 Pa;纤维过滤材料的孔隙率越大其过滤阻力越小,容尘量越高。

基于断裂相场的高分子黏结炸药裂纹演化及其力学性能退化分析

为了解高分子黏结炸药裂纹演化过程及其力学行为,综合考虑弹性、黏性以及热特性的影响及作用机制,提出了该材料热黏弹性断裂相场模型。基于断裂相场,建立了热黏弹性体的单一单元模型,对不同温度和应变率进行参数分析。然后,针对高分子黏结炸药开展该材料断裂相场的模拟及其模型参数校准。从而基于断裂相场在细观层面上阐明不同应变率、不同环境温度作用下高分子黏结炸药材料的裂纹演化及其力学性能退化的规律。结果表明,驱动断裂的能量和抗压强度随着应变率降低和温度的升高而呈现出减小的趋势,因此裂纹出现的时间越晚,扩展速度越慢。

硅基钽酸锂异质晶圆键合工艺研究

5G移动通信的发展对声表面波滤波器提出了高频、小型化、集成化的要求。相较于传统压电体单晶材料,采用硅基压电单晶薄膜材料制备的声表面波滤波器具有高频、低插入损耗、高温稳定性等优势,是高性能声表面波器件发展的核心基础材料。Smart-Cut^(TM)是制备硅基压电单晶薄膜材料的主要方法,键合工艺是其中的核心工序,键合质量决定了硅基压电单晶薄膜晶圆材料的质量,并影响器件性能。本文通过低温直接键合工艺,对等离子活化、兆声清洗、预键合、键合加固四道工序展开优化,最终实现了键合强度高达1.84 J/m^(2)、键合面积超过99.9%的高质量硅基钽酸锂异质晶圆键合。

热键合、凹端面及晶体棒直径对Er∶YSGG中红外激光性能的影响

对热键合、凹端面及不同直径Er∶YSGG晶体棒的中红外激光性能进行了系统对比研究。晶体经高温退火、定向切割、端面精密抛光后,测量得到其平面度和表面粗糙度分别小于0.1λ@633 nm和0.5 nm。通过精密加工实现了YSGG与Er∶YSGG室温光胶,然后进行了高温热键合,透过谱表明键合界面基本无损耗,达到了一体化。热焦距结果表明,热键合、凹端面能够有效改善和补偿高功率泵浦条件下晶体的热透镜效应,有利于提高晶体的激光性能。对比未键合、热键合及凹面热键合Er∶YSGG晶体在968 nm LD侧面泵浦条件下的激光性能发现,低频150 Hz以下,键合与凹面并未表现出优势,三种棒的最大输出功率和斜效率分别均在24 W和28%附近;但随重频增加,热效应逐渐加重,键合晶体良好散热能力和凹面热补偿效应使激光性能得到提高。在重频300 Hz下,未键合、热键合及凹面热键合三种棒的最大输出功率分别为15.54,17.85和18.33 W、斜效率分别为16.6%,18.3%和18.4%;重频600 Hz条件下,三种棒的最大输出功率分别为9.4,13.32和13.18 W、斜效率分别为6.7%,8.6%和9%。此外,对比研究了不同直径Er∶YSGG晶体的激光性能,在低于100 Hz的低频下,三种晶体的激光性能接近。但相比于3和4 mm键合凹面棒,直径2 mm棒有大的比表面积,拥有更好的热管理能力,使其在高重频条件下具有更好的激光性能。如在150 Hz条件下,2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒获得了功率23.82 W、斜效率27.7%的中红外激光输出,大大高于直径3和4 mm棒的18 W和23%。在600 Hz,直径2 mm键合凹面棒中实现了功率13.18 W,斜效率9%的激光输出,相比于直径3和4 mm键合凹面棒的9 W,7%具有较大的改善。测量得到2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒在150 Hz,200μs条件下的光束质量因子M_(x)^(2)/M_(y)^(2)=6.28/6.30,表明该激光具有良好的光束质量。综上,选择合适晶体棒直径,并将键合与凹面相结合是实现高性能2.79μm激光的有效方法。

金属芯PCB及其散热控温作用

随着电子设备尤其是高性能计算对散热性能要求愈来愈高,散热系统重要性日益凸显。讲述了电子系统散热管理的重要性,介绍了金属芯印制电路板(Metal Core Printed Circuit Board,MCPCB)的原理、结构、工艺、作用与类型,阐述了金属芯电路板的主要性能、导热性粘接介质材料的设计、两组数学模式,以及金属芯电路板在通讯设备、汽车电子、照明、电源、能源板领域的应用情况,为CCL及PCB从业者提供借鉴。

激光冲击金属黏结层高温热循环应力演化规律的有限元模拟

目的 探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律。方法 基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-LSPed)试样危险区域的失效形式;使用拉曼光谱法(RFS)对氧化后的金属黏结层进行残余应力测试。结果 TGO应力分布随着形貌的起伏呈现相应的起伏变化。TGO表面压应力最大值出现在波峰位置,经10次热循环后LSPed试样TGO表面S11(平行于涂层表面的正应力)压应力最大值大于Non-LSPed试样,经50次热循环后LSPed试样TGO表面压应力最大值远小于Non-LSPed试样;随着热循环次数的增加,2类试样TGO/BC界面S11应力的差别变小。LSPed试样TGO表面S22(垂直于涂层表面的应力)应力随着热循环次数的增加逐渐增大,但S22拉应力小于250 MPa,应力总体偏低。TGO/BC界面S22、S12(平行于涂层表面的剪切应力)应力随循环次数的变化规律基本一致,经10次热循环后,LSPed试样的S22、S12应力均大于Non-LSPed试样;经50次热循环后,2类试样界面的S22、S12应力相差不大。结论 文中构建的TGO应力有限元仿真模型,模拟结果与测试结果吻合。LSP通过调控TGO生长速度,可以有效缓解TGO生长过程中应力的剧烈变化,大幅降低TGO表面S11和S12应力最大值,进而降低TGO表面产生垂直于表面贯穿裂纹和剪切破坏的风险,LSP对TGO表面(TGO/BC界面)应力状态的影响较小。

低共熔溶剂改性聚丁内酰胺的结晶性能

以氯化胆碱为氢键受体,尿素、草酸和甘油为氢键供体制备了氯化胆碱-尿素、氯化胆碱-草酸和氯化胆碱-甘油三种低共熔溶剂(DES),并用DES改性聚丁内酰胺(PBL)使其熔点降低。通过差示扫描量热、热重分析、红外光谱和X射线衍射研究了DES对PBL的热稳定性、熔点和结晶的影响,并分析了内在作用机理。利用拉伸测试法及熔融指数测定验证了DES对PBL力学性能及加工性能的影响。研究结果表明,氯化胆碱-尿素通过形成新的氢键抑制PBL(200)晶面生长,使结晶度降低了16.2%,从而使熔点降低至253℃。氯化胆碱-草酸通过草酸羧基与PBL的游离羰基形成氢键,氯化胆碱-甘油则以增塑作用为主,两者对PBL氢键的破坏作用有限,改性效果略差,结晶度分别降低了4.4%和1.9%,熔点分别降低了8℃和6℃。

非异氰酸酯聚氨酯固化剂的制备及性能研究

以间苯二酚二缩水甘油醚为原料,通过CO_(2)插入法合成环碳酸酯化合物(RDGEC)。将其与聚醚胺(D230)聚合,调控比例,制备了系列非异氰酸酯聚氨酯(NIPU)固化剂。详细考察了NIPU与双酚A环氧树脂(E-51)共混体系的固化动力学,对固化试样的粘接性能、热机械性能、热稳定性及断裂面的微观状态进行了研究。研究结果表明:成功制备了RDGEC和系列NIPU固化剂;调控RDGEC与D230反应比例对NIPU的固化反应活性影响较小,但能够有效改变固化体系韧性程度,确定固化工艺为50℃/2 h+100℃/2 h;NIPU与E-51混合固化体系对铝合金具有优异的粘接性能,调控RDGEC与D230比例至1∶1.75时,25℃剪切强度和70℃剪切强度分别为36.98和14.51 MPa,25℃下90°剥离强度达到6.08 kN/m,粘接性能达到最佳;该系列固化试样均表现出优异的热机械性能和热稳定性。

干热环境下钢纤维-水泥基材料增强增韧效果影响研究

为了研究干热环境下钢纤维对水泥基材料的增强增韧效果,以高地温隧道干热环境为背景,通过调研将隧道的围岩温度分为4个等级(40℃、60℃、80℃和100℃)并设置相应的模拟环境,通过力学性能试验研究不同干热环境对水泥砂浆强度、钢纤维与水泥砂浆界面黏结性和钢纤维拔出功的影响,分析干热环境的劣化机理,最后通过钢纤维混凝土断裂性能试验进行对比验证。主要得到结论:(1)干热环境在早期有利于水泥砂浆抗压强度及钢纤维与水泥砂浆界面黏结强度的增长。7 d龄期以后,干热环境下水泥砂浆抗压强度及钢纤维与水泥砂浆界面黏结强度明显低于标准养护环境,下降的程度与温度呈正相关。(2)干热环境下的钢纤维-水泥砂浆的拔出功大于标准养护条件下的拔出功,表明干热环境可以提高钢纤维的增韧效果,但是温度过高钢纤维的增韧效果下降。(3)随着温度的升高钢纤维-混凝土试件的断裂能均呈现先增大后减小的趋势,且断裂能在60℃时出现最大值。

PbTe/FeMn热电接头的界面性能及热稳定性研究

因热膨胀系数失配和机械咬合的界面连接方式,Fe/PbTe热电接头在服役中的力学性能和热稳定性较差。考虑到合金具有热膨胀系数可调性,在纯Fe中添加特定的活性元素,通过扩散和反应在界面处形成冶金结合,可提高界面连接性能。通过高通量实验快速筛选出合金电极Fe_(100-x)Mn_(x)(x=0,5,10,15),利用放电等离子烧结(SPS)技术与n型Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te热电材料连接。研究结果表明,FeMn合金电极的热膨胀系数随着Mn含量的升高与Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te更加接近,有效降低了界面失配。时效15 d后界面出现Fe-Pb-Ga元素互扩散区,呈现冶金结合特征。其中Fe_(90)Mn_(10)/Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te/Fe_(90)Mn_(10)时效15 d后的接触电阻率为10.12μΩ·cm^(2),转换效率稳定在4.3%左右,剪切强度增加至21.44 MPa。上述基于高通量法筛选合金电极的技术路线也为热电界面的设计提供了新的思路。

聚氨酯耐γ射线辐照稳定性以及响应机理研究

为进一步了解PU的耐辐照性能,探索性以60Co-γ为高能射线源,对PU进行了耐辐照稳定性探究.SEM结果显示,随着辐照剂量的增加,PU的微观形貌变化不大.FTIR分析显示,辐照后PU中的官能团类型没有明显变化,但各官能团的特征峰强度均略有下降.XRD结果表明,随着辐照剂量的增加,晶体峰强度略有下降.此外,GPC结果显示,PU的Mp值从120.2 kg/mol下降至82.05 kg/mol,且在这个过程中PDI值增加.热稳定性分析结果显示,辐照后PU的热解速率增加;且Res由1.326%增加至31.69%.MS测试结果显示,其热解产物均主要为-CH_(2)-、CH_(4)和CO/CH_(2)=CH_(2),且辐照后特征峰强度增强.这均表明辐照使得其热稳定性下降.最后,基于理论分析的结果显示PU中最容易断裂的是所有的碳氧单键和分子链端的两个O-H键.

TC4钛合金扩散连接接头的振动疲劳特性及劣化机理

为了研究扩散连接工艺对材料振动疲劳特性的影响,对扩散连接后的TC4钛合金和原始母材进行一系列振动疲劳试验以及显微组织表征。结果表明:扩散连接的热循环过程引起TC4钛合金显微组织变化,并导致其振动疲劳性能降低。经扩散连接后,TC4钛合金晶粒尺寸的不均匀性增加,加重了材料不同取向α晶粒间的不协调变形,从而使微孔洞易于在晶粒尺寸差异较大的两α晶粒的晶界上萌生,或者在较大α晶粒的内部萌生。同时,扩散连接后材料α晶粒取向的变化使得柱面滑移系更易被启动,促进了裂纹更早地萌生。此外,扩散连接后TC4钛合金β相含量的增加为微孔洞提供了更多的形核位置。因此,由扩散连接热循环过程造成的晶粒尺寸不均匀性增加、晶粒取向变化和β相含量增加使扩散连接TC4钛合金的振动疲劳性能劣化。

基于近场动力学的材料热力耦合损伤行为分析

为对热载荷作用下材料的损伤破坏行为进行研究,本文提出了单键双参数近场动力学热力耦合模型,给出了该模型下键的断裂准则.该模型考虑了键的切向变形与温度变化之间的关系,解决了键型近场动力学热力耦合模型只能对定值泊松比材料进行求解的问题,可研究温度场作用下泊松比对材料损伤行为的影响.本文采用该模型对热冲击作用下陶瓷片的损伤行为进行了模拟分析,结果表明,通过该模型得到的裂纹萌生及裂纹扩展形态与实验结果吻合较好;进一步就泊松比对材料损伤破坏行为的影响进行研究,结果表明,随着泊松比增大,裂纹萌生时间提前,裂纹间距增大,而主裂纹长度会增加,泊松比的变化对热荷载作用下材料的破坏损伤行为有明显的影响.

建筑用金属面绝热夹芯板耐久性试验研究

建筑用金属面绝热夹芯板广泛应用于工业与民用建筑的屋面和墙体。现行的国家标准中没有建筑用金属面绝热夹芯板耐久性试验方法及评价指标的要求。根据金属面夹芯板实际用途,选择3种不同芯材的金属面夹芯板,在4种不同环境条件下进行耐久性试验,并对芯材的密度、质量吸湿率、导热系数以及金属面夹芯板的粘结强度进行测试。通过对试验数据的分析,找出影响试验数据的主要因素,并对金属面夹芯板耐久性评价指标的确定提出建议。

沥青路面热反射涂层开发及耐久性能评价

为开发高性能沥青路面热反射涂层,研究了功能填料配比对隔热性能的影响、粘结材料配比对粘结强度的影响以及功能填料掺量对隔热性能和粘结强度的影响,并在此基础上制备热反射涂层,对其耐久性能进行评价。结果表明:不同TiO_(2)和SiO_(2)质量比例下,随着TiO_(2)质量的增加,热反射涂层的隔热性能升高。相同固化剂掺量下,在增韧剂掺量为20%~30%时,粘结强度最大;相同增韧剂掺量下,当固化剂掺量为30%~40%时,粘结强度最大。随着功能填料掺量的增加,热反射涂层隔热性能升高,粘结强度先缓慢降低,后加速降低。根据各组分最佳配比制备热反射涂层,涂层磨耗率随磨耗次数的增加而升高,前期升高速率快;隔热性能随磨耗率的增大而线性减小;抗滑性能随磨耗次数的增加先迅速上升后缓慢下降。

激光二极管端泵方形Tm:YAG复合晶体的热效应

为了有效解决激光二极管端面泵浦激光晶体引起的热效应问题,引入复合晶体的概念,通过两种复合晶体模型(即单端键合和双端键合)来降低激光晶体的热效应。根据激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点,建立端面泵浦方形Tm:YAG复合晶体热模型,利用热传导理论,用有限元分析法对复合晶体的温度场、热应力场和形变量进行了数值计算,分析了单端/双端键合方式、未掺杂晶体长度、增益晶体长度对方形复合晶体内部温度场及形变量的影响。结果表明,平衡状态下,激光二极管泵浦功率为30 W、泵浦光斑半径为400μm时,YAG晶体厚度c_(1)为1 mm,增益晶体厚度c_(2)为1.5 mm,方形单端键合和双端键合的Tm:YAG复合晶体内部最大温升分别为81.2、77.9℃;内部最大应力分别为146、104 MPa;热形变量为0.468、0.172μm。可见,复合晶体能有效缓解晶体的温升和热形变,且双端键合的方式降低晶体热效应的效果更好。当增益晶体厚度为2.6 mm以上时,两种键合方式对复合晶体内部最大温升的影响基本保持一致。该研究为方形Tm:YAG复合晶体的增益晶体厚度、未掺杂晶体厚度的选择提供了参考依据,也为实现Tm:YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

一种汽车电子元器件用高导热聚氨酯结构胶的研制

为满足汽车电子行业对粘接和导热需求,实现快速有效的散热,对凝胶、硅脂、胶粘剂导热率提出了更高的要求,研究以球形氧化铝搭配聚氨酯树脂制备了一款高导热双组分聚氨酯结构胶,考察了粉体粒径搭配处理,多元醇树脂对聚氨酯胶黏度、力学性能的影响。结果表明,通过粗细粒径粉体合理搭配和合适的粉料处理,同时使用改性的蓖麻油,制备出的双组分聚氨酯结构胶具有高导热,高结构粘接性能,同时耐久性优异,满足汽车电子高导热粘接的要求。