具有特殊結(jié)構(gòu)W-Cu復(fù)合材料的制備及其組織性能研究.pdf

1、W-Cu復(fù)合材料因具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及低的熱膨脹系數(shù)等，可作為熱沉材料并應(yīng)用于大規(guī)模集成電路和大功率電子元器件中。隨著集成電路和電子元器件的高度集成化和大功率化，對(duì)W-Cu熱沉材料的性能提出了更高的要求。由于W和Cu之間的互不相溶性和熔點(diǎn)、密度的明顯差異，通過(guò)常規(guī)粉末冶金工藝所制備的W-Cu復(fù)合材料在組織和性能上仍存著一定的不足。近些年來(lái)，制備組織成分均勻、超細(xì)（納米）W-Cu復(fù)合粉體并在此基礎(chǔ)上制備新型的W-Cu復(fù)合材料成為W-Cu復(fù)

2、合材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本碩士論文嘗試通過(guò)化學(xué)鍍的方法制備出具有包覆結(jié)構(gòu)的W-Cu復(fù)合粉體，由此制備組織均勻的超細(xì)晶W-Cu復(fù)合材料;嘗試使用不同粉末粒度級(jí)配的W-Cu包覆粉體結(jié)合高溫液相燒結(jié)制備出梯度W-Cu復(fù)合材料，并考察了其組織、界面結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性能與原料粉體特性及制備工藝的關(guān)系。通過(guò)本論文工作可以為高性能W-Cu熱沉材料的制備和組織性能研究提供理論和實(shí)驗(yàn)積累。
　　本論文第二章以平均粒度為0.8μm的W粉為原料，采用化

3、學(xué)鍍法制備出具有包覆結(jié)構(gòu)的W-10Cu復(fù)合粉體，經(jīng)模壓成形、燒結(jié)后得到W-10Cu復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合粉體的物相、形貌及復(fù)合材料的密度、微觀組織和物理力學(xué)性能等進(jìn)行分析測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備得W-Cu復(fù)合粉體具有良好的包覆結(jié)構(gòu)，鍍Cu層均勻覆于W顆粒表面，復(fù)合粉體有良好的壓制性能和燒結(jié)活性，1400℃在H2氣氛中燒結(jié)120min后，燒結(jié)體的相對(duì)密度高于97.0％，具有均勻的組織結(jié)構(gòu)，晶粒平均尺寸小于2μm。燒結(jié)體試樣的導(dǎo)電率高于35％

4、IACS，室溫?zé)釋?dǎo)率可以達(dá)到192W/(m·K)，抗彎強(qiáng)度和硬度分別達(dá)963MPa和377HV，在25-800℃溫度范圍內(nèi)熱膨脹系數(shù)為6.07-8.31×10-6K-1。
　　本論文第三章分別以兩種不同粒度的W粉為原料，采用化學(xué)鍍的方法分別制備了具有不同Cu含量兼有包覆結(jié)構(gòu)的W-Cu復(fù)合粉體，通過(guò)梯度結(jié)構(gòu)成分設(shè)計(jì)，疊層裝粉壓制、燒結(jié)制備了W-10Cu/W-20Cu/W-32Cu（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）三層梯度W-Cu復(fù)合材料。嘗試通過(guò)在各層采

5、用不同粒度和Cu含量來(lái)調(diào)整各梯度層間由于燒結(jié)收縮率不同所導(dǎo)致的彎曲變形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)粉末粒度級(jí)配調(diào)整，1350℃在H2氣氛中燒結(jié)120min后所獲得的梯度W-Cu復(fù)合材料形狀尺寸保持及梯度層間界面結(jié)合良好，復(fù)合材料的密度為15.18g/cm3，相對(duì)密度可以達(dá)到96.8％;燒結(jié)體具有良好的物理力學(xué)性能。其室溫?zé)釋?dǎo)率為216W/(m·K)，介于封裝層（高W）和散熱層（高Cu）之間?？箯潖?qiáng)度和硬度隨著成分變化呈梯度變化，最大值的分別是1