铝硅复合材料的抗拉强度研究

实验选用粉末冶金法,通过制粉→粉体混合→压制成型→烧结→制品一系列工艺成功制备了铝硅复合材料,并对其抗拉强度进行测定。通过正交实验,分析了成型压力、铝硅粉质量比、烧结温度和烧结时间四个工艺参数对铝硅复合材料抗拉强度的影响。结果表明:在本试验条件下,制备铝硅复合材料的最佳工艺参数为:成型压力为550kN,铝硅粉的质量比为9∶1,烧结温度480℃,烧结时间取60min。

SiC颗粒尺寸对喷射沉积铝硅复合材料高温疲劳性能的影响

采用喷射沉积法制备SiC_(p)/Al-7Si复合材料,研究SiC颗粒尺寸对复合材料低周疲劳性能的影响。结果表明:SiC颗粒尺寸对复合材料疲劳性能的影响显著。在相同体积分数下,小尺寸SiC颗粒复合材料的间距小、承载能力强,表现出较高的疲劳寿命,疲劳裂纹主要在SiC颗粒与基体脱粘处以及小尺寸颗粒团聚处形核并扩展。而在SiC颗粒尺寸为20μm的SiC_(p)/Al-7Si复合材料中,大尺寸的SiC颗粒更易出现自身的断裂,使得其疲劳性能降低。温度的升高会使复合材料基体发生软化,承载能力下降,高温下大尺寸SiC颗粒更易发生与基体的脱粘,加速疲劳裂纹的形核、孔洞的长大,造成复合材料疲劳性能的下降。

颗粒粒径对喷射沉积制备SiC颗粒增强铝硅合金复合材料显微组织及拉伸性能的影响

采用喷射沉积技术制备了SiC颗粒增强铝硅合金复合材料,研究了SiC颗粒粒径对复合材料显微组织及其拉伸性能的影响。结果表明:SiC颗粒的加入使复合材料的弹性模量高于基体合金的,但是其抗拉强度以及伸长率降低;挤压后复合材料中SiC颗粒分布有沿挤压方向排列的趋势,且随颗粒粒径的增大,趋势更明显;与相同含量大粒径(20μm)颗粒相比,小粒径(4.5μm)颗粒间距小,颗粒承载能力大,其复合材料表现出较高的弹性模量和抗拉强度,断裂方式以SiC颗粒与基体界面脱离为主,而颗粒的断裂是大粒径SiC颗粒增强复合材料的主要断裂方式。

短纤维增强铝硅合金复合材料的组织与断口形貌分析

研究了挤压铸造氧化铝短纤维增强铝硅合金复合材料的凝固组织和断口形貌。结果表明 ,在复合材料中纤维分布均匀 ,氧化铝纤维可作为硅相非自发形核的衬底 ;氧化铝纤维与铝合金基体之间的界面对材料性能影响很大。改善制备工艺应从控制界面反应和细化组织入手。

SiO2凝胶/铝硅纤维复合材料的高温损坏机理研究

本文采用浸渍法制备了SiO2凝胶/铝硅纤维复合材料,通过分析材料的热失重-差示扫描热、微观形貌、物相组成及热传导等特性,得出了复合材料高温损坏机理。研究结果表明,SiO2凝胶/铝硅纤维复合材料相对于硅铝纤维,析晶温度可提高200℃;随着热处理温度由900℃升至1200℃,复合材料的气孔率由55%升至75%,体积密度由0.85 g/cm3降至0.45g/cm3,导热系数由0.0767W/(m·K)增至0.0908W/(m·K),压缩回弹率由90%降至43%;当热处理温度达到1200℃,复合材料的力学性能损坏,主要原因是莫来石和方石英的析晶,以及硅凝胶与纤维之间的粘结失效。

Si粉对SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料性能的影响

采用浸渍法制备SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料。研究Si粉质量分数为0%,0.2%,0.4%,0.6%和0.8%时,SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料的微观形貌、体积密度、回弹率和物相组成。结果表明:Si粉质量分数低于0.6%时,其氧化产生的体积膨胀填补了纤维与凝胶间的裂纹,体积密度由0.468g/cm^3增大到0.723g/cm^3,回弹率由43.1%升高为59.6%,并且Si粉高温下的结晶化抑制了纤维析晶和促进了辉石的生成,这是材料的力学性能提高及高温损坏程度降低的重要原因;Si粉质量分数为0.8%时,高温下的Si粉产生了过分的体积膨胀,导致复合材料内部出现较大裂纹,压缩回弹率降低为44.5%。

铝-硅基复合材料中硅相组织形态影响因素研究

对不同的工艺条件下制做的铝-硅基复合材料中硅相组织进行了研究。结果表明,冷却速度增大,热处理保温时间适当增长都会使基体组织中的硅相形态由块状向粒子状转变,促使硅相细化;另外,提高热处理温度使复合材料出现新相(α-Al);凹曲面的增强相表面形态有利于细化复合材料组织。

硼酸铝晶须增强铝硅基复合材料活塞烧蚀研究

为了研究硼酸铝晶须增强铝硅基复合材料活塞的烧蚀性能,对硼酸铝晶须增强铝硅基复合材料的烧蚀性能进行了测试和分析,并分析了该种复合材料的烧蚀机理和烧蚀模型,同时采用有限元方法对复合材料活塞的烧蚀性能进行了模拟分析。结果表明:硼酸铝晶须增强铝硅基复合材料强度较大、结构密集,烧蚀量很小;材料的烧蚀是气流剥蚀和熔化烧蚀两方面的作用结果;建立的烧蚀模型及计算方法能够较好地完成对活塞的模拟计算。研究结果证明硼酸铝晶须增强铝硅基复合材料在抗烧蚀方面是理想的活塞材料。

基于分形理论对石墨烯增强铝硅基复合材料摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金的方法,制备了石墨烯/Al-15Si复合材料,研究了石墨烯/Al-15Si复合材料的微观组织形貌对摩擦磨损性能的影响,并运用分形理论,借助于Matlab软件分析复合材料中硅颗粒相形貌特征。结果表明,随着石墨烯添加量的改变,石墨烯/Al-15Si复合材料有不同的分形维数;分形维数反映了复合材料中硅颗粒分布状态,分形维数越大,硅颗粒分布越均匀细小,材料的硬度越高;分形维数可以间接反映复合材料的抗磨损性能,分形维数越大,材料的摩擦系数越低,耐磨损性能越好。

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)。

铜含量对Al-50%Si_p复合材料显微组织和力学性能的影响

采用热压法制备添加0~6%铜含量(质量分数)的Al-50%Sip(质量分数)复合材料,研究Cu含量对复合材料显微组织和力学性能的影响,对混合粉末进行差示扫描量热分析(DSC),采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究试样的显微组织和相组成,并测试复合材料的拉伸和抗弯性能。结果表明:单质Cu粉的加入降低混合粉末的熔点,有利于在相对较低的温度下实现材料的致密化。当Cu含量低于2%时,材料的组织均匀致密,Si颗粒未出现明显粗化;但当Cu含量高于2%时,组织均匀性随Cu含量的增加而逐渐下降;随着Cu含量增加,复合材料的抗拉强度和抗弯强度呈先上升后下降的趋势;在Cu含量为2%时,复合材料的抗拉强度和抗弯强度分别达到最大值(268和423 MPa),较未添加Cu的复合材料分别提高66.5%和46.9%,材料的弹性模量和布氏硬度随Cu含量的增加逐渐上升。

激光作用下SiC_P/A356复合材料的快凝组织形成

对 Si C颗粒增强 Al- Si复合材料以及 Al- Si合金进行激光表面重熔处理 ,分析了 Si C颗粒在快速凝固条件下的分布规律以及 Si C颗粒对合金基体凝固行为的影响。结果表明 :Si C颗粒不会被快速移动的凝固界面所推移 ;颗粒对基体凝固组织中的相组成无影响 ,但对凝固初生相的晶体生长有抑制作用。

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)。

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。

Si/Al电子封装复合材料的激光焊接气孔成因分析

硅/铝(Si/Al)复合材料是一类新型轻质电子封装材料,能够很好满足先进微波组件封装的技术要求。粉末冶金技术制备的Si/Al封装复合材料具备优异的综合性能和较好的质量一致性。为了解决粉末冶金Si/Al复合材料壳体焊接气密性合格率不高的关键工程问题,开展了小批壳体-盖板的脉冲激光封焊试验;着重采用CT无损扫描、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及成分分析等手段对焊缝的表面、横剖面和纵剖面进行了详细观察,表征了壳体焊缝出现的典型焊接气孔的尺寸、形貌和分布特点,分析了焊接气孔的形成原因和影响因素。Si/Al复合材料的焊接气孔分为材料本征焊接气孔(第一类)和组合焊缝特有气孔(第二类)。第一类为尺寸细小的球形气孔,无序分布于焊缝熔池底部,其产生与高含量的Si颗粒以及材料中氧夹杂紧密关联;此类气孔不会直接造成焊缝漏气。第二类气孔位于壳体-盖板焊合面边缘的未焊合区,该类气孔贯穿焊缝、在焊缝表面开口可直接造成焊缝严重漏气,批量壳体气密性合格率降低。第二类气孔是由焊缝结构所决定,在表面及内部氧化物的促进下,在焊缝特定位置形成的一类复杂气孔。相应地,提出并试验验证了消除气孔缺陷的针对性措施。本文的研究结果对于根本性提升Si/Al复合材料批量封装件气密性合格率、推动粉末冶金铝基复合材料在高气密性电子封装领域的规模应用具有一定实际意义。

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。

纤维长度和体积分数对Al_2O_3-SiO_2/Al-Si微屈服行为的影响

以通过浸渗挤压工艺制备的Al2O3-SiO2/Al-Si复合材料为研究对象,使用配备有精度达10-7位移测量装置的Instron5569电子拉伸试验机,并采用连续加载法,详细研究了晶化硅酸铝短纤维的体积分数和短纤维长度对铝硅基复合材料微屈服行为的影响规律,并定性分析了原因。结果表明:随着晶化硅酸铝短纤维体积分数的逐渐增大,铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小,但其宏观屈服强度和弹性模量却逐渐增大;随着晶化硅酸铝短纤维长度的逐渐增加,铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小,但其宏观屈服强度却逐渐增大。

真空铸造

Fabrication and Mechanical Properties of Cu-based Bulk Amorphous Alloys,Investigation of Al-Si compositions for thin film applications,Resins to be cheerful,Vacuum casting with room temperature vulcanizing rubber and aluminium moulds for rapid manufacturing of quality parts: a comparative study.