Al2O3/Al复合材料的界面控制及性能研究

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伴随着电子信息技术和半导体技术迅速的发展,电子电路集成化对封装技术提出了更高的要求。因此,也吸引着研究者不断开发出成本低廉、工艺简单、密度小、热导率高、热膨胀系数低的电子封装材料。本研究拟利用三维网络氧化铝陶瓷增强铝金属,并通过氧化铝表面活化层的引入改善两者界面的结合,以期获得强度和刚度足够、耐磨性良好、热膨胀系数小、导热性与导电性良好的空间内呈相互连续结构的电子封装材料。利用有机泡沫浸渍法制备增强体氧化铝,后分别通过浸渍提拉法、化学气相沉积法在其表面得到氧化硅涂层和镍涂层,再利用真空消失模铸造法在三维网状增强体孔隙处填充基体铝,得到电子封装三维网络Al2O3/Al复合材料。通过对涂层制备工艺的控制,获得不同厚度的涂层,研究涂层种类、厚度对复合材料体积密度、气孔率、抗弯强度、导电性、热膨胀系数、导热系数的影响规律。研究结果表明:(1)对浸渍提拉法中浸渍次数和化学气相沉积法中保温时间进行控制,可得到厚度3.4421.25μm的氧化硅涂层和2.0611.92μm的镍涂层。(2)相比于无涂层,厚度9.2321.25μm的氧化硅涂层和厚度4.6511.92μm的镍涂层均能明显改善氧化铝与铝间的浸润性,得到界面无裂缝、孔隙等缺陷的Al2O3/Al复合材料。(3)涂层厚度增加,复合材料气孔率降低,抗弯强度出现峰值。且当氧化硅涂层厚度为13.92μm,镍涂层厚度为7.86μm时,复合材料抗弯强度分别达到峰值110.65MPa、102.39 MPa。(4)增强体体积分数升高,对基体约束能力增强,热膨胀系数减小。27.08%增强体氧化铝陶瓷的引入,可将复合材料的热膨胀系数从23×10-6/℃降至11.04×10-6/℃,与半导体材料匹配程度更高。涂层厚度愈大,对界面的改善效果愈明显,热膨胀系数愈低。(5)复合材料导热系数随着涂层厚度的增大而升高。氧化硅厚度21.25μm时,复合材料导热系数可达133.6W?m-1?K-1;镍涂层厚度11.92μm时,复合材料导热系数可达141.6W?m-1?K-1,导热性能良好。
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