Cu-SiC复合镀层制备工艺及表征研究

用超声波-机械搅拌-电沉积法制备Cu-SiC复合镀层。利用正交试验对Cu-SiC复合镀层的制备工艺进行优化,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及磨损试验机对Cu-SiC镀层的表面形貌、组分及耐磨性能进行分析。结果表明:采用超声波-机械搅拌-电沉积法,可获得表面致密、晶粒细小的Cu-SiC复合镀层,且复合镀液稳定,没有出现自分解现象;最佳工艺为超声波功率200 W,机械搅拌速率300 r/min,SiC粒子浓度8 g/L,电流密度5 A/dm2。该工艺制备的Cu-SiC复合镀层耐磨性能较好。

辅助超声振荡电沉积Cu-SiC复合镀层的结构与性能

依托电沉积技术为主要工艺平台,辅助超声振荡搅拌措施,制备Cu-SiC复合镀层,并研究复合镀层的表面状况、显微结构、硬度及耐腐蚀性。结果表明:与常规Cu-SiC复合镀层相比,辅助超声振荡电沉积的Cu-SiC镀层表面粗糙度降低,择优取向面从(220)面转变为(111)面,硬度提高且耐腐蚀性增强;但对超声复合镀层而言,提高阴极电流密度可增大其表面粗糙度,弱化组织结构,从而降低硬度并削弱耐腐蚀性。

BP神经网络预测脉冲电沉积Cu-SiC镀层镀速的研究

采用脉冲电沉积在A3钢表面制备Cu-SiC镀层,采用BP网络模型对脉冲电沉积Cu-SiC镀层的镀速进行预测研究。结果表明:本BP模型为3×9×1型神经网络模型,预测值与试验值曲线吻合较好;其相对误差较小,最大误差为2.7%,其相关系数为0.999,能较好地预测脉冲电沉积Cu-SiC镀层的镀速。

电沉积Cu-SiC复合镀层的研究

在概述电沉积Cu-SiC复合镀层工艺流程的基础上,开展实验研究。分别考察了电流密度和整平剂的质量浓度对沉积速率、Cu-SiC复合镀层的表面粗糙度及微观形貌的影响。结果表明:电流密度和整平剂的质量浓度处于合理范围内,均有助于提高沉积速率并改善复合镀层的表面状况和形貌质量。

Cu-SiC纳米复合材料的制备及其组织性能研究

采用电沉积工艺实现纳米SiC微粒与基质金属铜离子共沉积,制备出Cu-SiC纳米复合材料。观察了复合材料的形貌组织,测定了复合材料的显微硬度,并分别与纯铜材料的作比较。结果表明:相比于纯铜材料,Cu-SiC纳米复合材料的表面较平整,组织较匀致,且显微硬度有所提高;但纳米SiC微粒的添加量对复合材料的形貌组织和显微硬度均有较明显的影响,在SiC 15g/L的条件下制备的复合材料形貌最为平整,组织最为紧致,显微硬度最高。

强脉冲下C包裹Cu-SiC颗粒增强AZ91合金组织及力学性能

通过强脉冲处理技术制得C包裹Cu-SiC/AZ91复合材料,在AZ91熔体内加入适当含量的Cu-SiC颗粒来实现合金增强的效果,同时表征了复合材料的显微组织结构。研究结果表明:加入Cu-SiC能够使SiC和AZ91形成更充分润接触。采用强脉冲进行处理时,Al_(4)C_(3)和α-Mg主要出现于Mg2Si枝晶边缘区域,Al_(4)C_(3)发生了快速形核,形成细小组织,进而降低了SiC的偏聚程度,从而获得更均匀的组织结构。Cu-SiC可以使AZ91基材力学强度获得显著提高,引起伸长率减小。施加强脉冲有助于提高晶粒细化,生成更过Mg_(2)Si相,能有效提高合金的拉伸强度和伸长率。在Cu-SiC/AZ91试样内形成致密组织,属于韧性和准解理断裂混合断裂方式。施加强脉冲后,Cu-SiC/AZ91试样断口韧窝表现的更为细小。加入Cu-SiC颗粒后AZ91合金硬度获得了小幅提升,施加强脉冲后Cu-SiC/AZ91合金硬度发生了更明显提升。

Cu-SiC复合电极电火花加工烧结NdFeB永磁体的研究

将超声波和复合电沉积技术相结合制备了Cu-SiC复合电极材料,利用SiC颗粒高熔点、高导电性的特点探索对烧结NdFeB永磁体电火花的可加工性。研究了Cu-SiC电极对NdFeB永磁体加工效率、加工效果的影响规律。结果表明SiC颗粒在火花放电中使电场产生畸变,降低了击穿电压,火花痕迹大而浅,表面粗糙度降低;同时提高了加工效率,降低了电极损耗。

氧化镧对电铸Cu-SiC复合材料表面形貌与硬度的影响

选用稀土La_2O_3作为电铸基液添加剂制取Cu-SiC复合材料,研究氧化镧的添加量对电铸Cu-SiC复合材料表面形貌和显微硬度的影响。结果表明,La_2O_3作为电铸基液添加剂时能够改善复合材料的表面形貌,提高碳化硅在复合材料中的沉积量,使铸层组织均匀细致,进而提高了复合材料的显微硬度。当电铸液中La_2O_3质量浓度为1.5 g/L时,Cu-SiC复合材料表面形貌较好,且固体增强相沉积量较高,无明显团聚现象,此时的复合铸层表现出较高的显微硬度。

Cu-SiC纳米复合镀层制备工艺研究

采用机械搅拌-电沉积方法，在45钢基体表面制备Cu-SiC纳米复合镀层。利用扫描电镜和摩擦磨损试验机研究机械搅拌速率、电流密度、SiC粒子质量浓度以及pH值等因素对Cu-SiC纳米复合镀层耐磨性能的影响及规律。结果表明，Cu-SiC纳米复合镀层的最佳制备工艺参数为：搅拌速率300 r/min，阴极电流密度4 A/dm2，镀液中SiC粒子的浓度4 g/L，pH值3.5-4.5。

Cu-SiC磨具制备及其性能表征

笔者描述了铜-碳化硅磨具的制备过程,采用热压成形法制备了Cu-SiC磨具。该磨具主要由铜粉、酚醛环氧树脂和碳化硅磨料组成。研究了树脂、碳化硅与辅助磨料的种类、组成对磨具性能的影响。结果表明:当加入适量铜粉,复合材料磨损率会下降、耐磨性能会提高,被磨削表面不易出现凹痕、孔洞;但是铜粉添加过量时,磨具磨损率会增加。较佳配方组成为:35wt%树脂、45wt%碳化硅、15.56wt%铜粉、4.44wt%白刚玉。

SiC体积分数对铜基复合材料性能的影响

采用热压粉末冶金法引入Al和Mg元素制备SiC/Cu复合材料,研究SiC体积分数对SiC/Cu复合材料性能的影响。采用X射线衍射、阿基米德排水法、三点弯曲法和扫描电镜分析复合材料样品的物相组成、相对密度、力学性能及微观形貌,并测定其导热系数和热膨胀系数,用ROM混合定律和Turner模型预测复合材料的热膨胀系数。结果表明:试样基体中生成了AlCuMg相,强度大幅增加,且以混合型断裂为主;当SiC体积分数较低时,SiC颗粒在基体中分散较均匀。当SiC体积分数为35%时,SiC/Cu复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数分别为98.81%、478 MPa、254.76 W/(m·K)和11.84×10^(-6)/K。随着SiC体积分数的增加,SiC颗粒团聚较严重,复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数随之降低,其硬度呈先增加后降低的趋势,在SiC体积分数为45%时达到最大值110 HRB。Turner模型的预测值与复合材料实测值最为接近。

B_(4)C改性Cu基刹车片配对C/C-SiC的摩擦学行为及机理

Cu基刹车片在高速循环制动过程中存在基体软化和摩擦膜破裂的问题。采用粉末冶金法制备碳化硼(B_(4)C)质量分数为0~6%的Cu基刹车片,并选取C/C-SiC制动盘作为对偶件,研究制动过程中形成的B_(2)O_(3)摩擦膜对摩擦磨损性能的影响,并分析磨损机制。结果表明,通过B_(4)C改性可降低Cu基摩擦材料的密度,w(B4C)为4%和6%时,材料密度显著降低,强度大幅提高,并分别获得最优的抗热衰退性能和最低磨损率。制动过程中B_(4)C氧化形成的B_(2)O_(3)具有类似于MoS_(2)和石墨的层状晶体结构,在滑动界面处容易剪切,从而提高平均摩擦稳定系数并降低磨损率。在B4C表面形成的B_(2)O_(3)与Cu基体结合良好。当B_(4)C质量分数超过4%时,Cu基刹车片的磨损机制从分层磨损为主转变为氧化磨损为主。

基于铜夹互连的双芯片功率器件的热力机械性能研究

传统的功率半导体器件封装结构通常会采用铝(Al)线键合,这就导致了器件电路寄生电感大和可靠性问题,限制了碳化硅(SiC)功率器件的发展。有研究人员提出了一种新型的铜夹互连工艺,可实现双面散热和提高器件的功率密度,但目前的研究主要集中在其热性能和可靠性方面,缺少对结构设计的优化研究。因此,有必要对多芯片铜夹互连的结构优化设计开展进一步研究。文章针对铜夹功率器件重要的结构参数对芯片应力集中的影响进行了仿真研究。结果表明,铜夹厚度对芯片应力集中影响最大,而铜夹跨度影响最小。对比采用焊料层应力最小的结构参数建立铜夹器件模型与对应的引线模块,可发现在功率循环下,铜夹器件的铜夹和焊料层的疲劳寿命相比于引线模块提升了10倍以上,并且卸荷槽对提升铜夹器件疲劳寿命有显著影响。

电沉积铜基纳米碳化硅复合镀层实验研究

采用电沉积方法,制备铜基纳米碳化硅复合镀层。研究溶液搅拌方式或溶液中引入添加剂,对Cu-SiC纳米微粒复合镀层表面形貌和性能的影响。利用超声搅拌制备的Cu-SiC纳米微粒复合镀层的表面形貌平整而且致密,与磁力搅拌所得镀层相比显微硬度提高约32%,接近143 HV,磨损质量损失降低约33%,每平方毫米为0.056 mg。溶液中引入添加剂,制备的Cu-SiC纳米微粒复合镀层的表面形貌和性能无明显改观,但采用超声波搅拌制备的Cu-SiC纳米微粒复合镀层的表面形貌和性能改观较为明显。添加剂发挥的作用与超声搅拌引发的综合作用叠加,促使复合镀层的表面形貌和性能进一步改善。

非均相沉淀制备Cu包裹纳米SiC复合粉体颗粒

选用工业生产的立方相SiC纳米颗粒,尺寸约120nm,利用置换反应原理制得纳米Cu微晶。采用非均相沉淀方法将Cu包裹到纳米SiC颗粒表面,形成相分布均匀的复合颗粒,纳米Cu微晶吸附在SiC颗粒周围形成粗糙表面,复合粉体颗粒表面被一层连续、致密的Cu_2O层所包覆,Cu_2O的存在是纳米Cu微晶颗粒自发氧化的结果。

Cu颗粒包覆纳米SiC粉体的相分散性能分析

选用工业生产的纳米SiC粉料;利用歧化反应原理,分解出Cu颗粒,并与纳米SiC颗粒组成分散均匀的复合粉体;SEM和Auger电子探针形貌显示复合粉体颗粒呈球形;EDS、AES等检测结果表明,金属Cu颗粒包覆在纳米SiC颗料表面,从而使两相在纳米尺度范围内保持理想的均匀分散状态.

碳化硅微粒与铜复合电沉积过程模型试验

应用相似理论于复合电沉积研究中,同时考虑电化学因素和流体力学因素对复合电沉积过程的影响,建立了固体微粒与金属复合电沉积过程的模型。对碳化硅微粒与铜在酸性硫酸铜溶液中的复合电沉积过程,通过实验求出了关联式的有关参数。用导出的关联式关联碳化硅微粒的共沉积量,计算值与实验值吻合较好,误差最大不超过6%。

铜合金表面添加SiC晶须的Ni-Cu激光熔覆层

用5 kW CO2激光器,通过优化激光工艺参数,在结晶器用铜合金表面预置添加SiC晶须的镍基自熔合金(Ni1015)粉,制备出表面平整、组织均匀致密、无气孔和裂纹等缺陷、与基体为冶金结合的Ni-Cu激光熔覆层.借助OM,SEM和显微硬度计等分析测定了涂层的显微组织形貌、组织成分和截面显微硬度.结果表明:添加SiC晶须的Ni-Cu涂层比单纯的Ni-Cu涂层的显微组织明显得到细化,涂层的显微硬度高出150HV左右,是铜合金基体(85 HV)的3.7倍,从而能够提高结晶器的使用性能.

Cu包裹SiC复合粉体热物理化学性能研究

采用直接还原一旋转沉淀颗粒包裹工艺制备具有"核-壳"结构的25SiC／75Cu(vol％) 包裹复合粉体,利用DSC-TG-MS联用技术分析了包裹复合粉体的热物理化学变化行为.结果 表明,在846℃附近发生氧化物分解反应,释放出O2气体;896℃左右出现低共熔混合物的 熔融;950℃以上,SiC与Cu发生反应,释放出CO2气体.

放电等离子体烧结SiC/Cu金属陶瓷复合材料研究

选用SiC/Cu包裹复合粉体,采用最新型的放电等离子体烧结方式制备了SiC/Cu金属陶瓷复合材料.分别采用XRD、SEM等方法对烧成样品进行表征.结果表明,放电等离子体烧结过程中,由于等离子体的作用,不同的烧成温度使得烧成样品中的物质及相应的含量发生变化.样品的密度随温度升高而增大,而硬度在730℃左右出现最大值,这是采用放电等离子体烧结制备SiC/Cu金属陶瓷复合材料的最佳烧成温度.由于SiC的增强作用,使得SiC/Cu金属陶瓷复合材料的硬度远远高于Cu.