·272· 北京科技大学学报 2006年第3期 30m 30m (a)C1 b)2 图6复合材料C1{a)和C2(b)的sEM形貌 Fig.6 SEM micrographs (b)of composites Cl (a)and C2 (b) 用机理可解释如下9] 液向SiC成形坯的浸渗，从而使复合材料的密度 (1)通过阻止反应 得到提高. 4Al+3SiC-Al C3 +3Si (2) 3结论 来阻止A14C3的生成，从而有利于复合材料性能 和浸渗率的提高. (1)虽然SiC骨架开口孔隙率随着预烧温度 (2)过放热反应 的提高而不断降低，但预烧温度不超过1100℃ 3SiO2+4Al-2Al2O3+3Si (3) 时，SiC骨架具有很高的开口孔隙率，达到总孔隙 SiO2+2Mg→2MgO+Si (4) 率的97.9%. 增加了Si℃和铝合金熔液之间的润湿性.计算式 (2)SiC颗粒经高温氧化处理后，可显著提高 (3),(4)的吉布斯能变化△G1和△G2可分别表 复合材料的密度.由于SiC颗粒表面吸附着少量 示如下： 的Si,C,O等杂质，并有一层极薄的SiO2膜.经 △G1=-689518-13.63T1nT+ 过高温处理后，SiC表面变得清洁，同时SiO2薄膜 250.9T,Jmol-1; 加厚.这种SiO2薄膜的存在可在一定程度上改 △G2=-314369-0.871nT+ 善铝合金熔液与SC颗粒之间的润湿性，从而促 51.9T,Jmo1 进铝合金熔液对SiC骨架的浸渗，. 将实验中的临界浸渗温度T=1273K代入 (3)浸渗温度对SC骨架与铝液间湿润性的 式(2)，(3)后，所得△G1和△G2均小于0，表明在 影响较大.浸渗温度低于1000℃时，SiC骨架与 浸渗过程中将会发生上述反应.不仅反应产物S 铝液间的湿润性较差，复合材料的密度较低.当 通过溶入铝合金液而促进了铝向SiC骨架的浸 SC骨架与铝液间的湿润性得到显著改善后，所 渗，同时，反应所放出的热也提高了铝合金液和 制备的复合材料具有较高密度，其最高相对密度 SiC骨架之间的润湿性. 可超过97% 表1SC预处理对复合材料密度的影响 参考文献 Table 1 Relative densities of composites with as-received (C1)or [1]Indroos V K,Tolvitie M J.Recent advance in metal matrix preheated (C2)Sic composites.Mater Process Technol,1995,53:273 复合材料 SiC状态 浸渗温度/℃相对密度/% [2]朱和祥，黎祚坚，陈国平.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的 CI 未氧化处理 1100 90.1 发展状况.材料导报，1995,9(3)：73 C2 氧化处理 1100 97.4 [3]张崎.功率微电子封装用铝基复合材料，微电子技术 1999,27(2):30 (3)由于SiO2的界面能较SiC小，因此SiO2 [4]Johnston C,Young R.Advanced thermal management materi 薄膜的增加也将导致铝合金液和SiC骨架之间的 al.Int Newsletter Microsyst MEMs,2000,2 (1):14 [5]刘文俊.高密度高性能电子封装技术.电子产品世界 润湿性的改善 1998,(8):38 综上所述，SiC颗粒的高温氧化处理将改善 [6]Seiblod R W,Licari JJ,Brown R L.Advanced in materials 铝合金液和SC骨架之间的润湿性，促进铝合金 and processes for high performance electronics fabrication and北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年第 3 期 (a ) C I 伪 ) C Z 图 6 复合材料 e i ( a )和 e Z ( b )的 s EM 形貌 sEM m i e or 梦 a p h s 《 b ) o f e o m卯 s s t e s C l 《 a ) a nd C Z ( b ) 用机 理可解释 如下 9l[ . ( 1) 通 过阻 止反应 4AI + 3 S IC一 A1 4 C 3 + 3 5 1 ( 2 ) 来阻止 Ai 4几 的生 成 , 从 而 有 利于 复 合材料性 能 和浸渗率的提 高 . ( 2 ) 过放热反应 3 5 10 2 + 4 iA 一 Z A 12O3 + 3 5 1 ( 3 ) 5 102 + ZM g 一 ZM g O + 5 1 ( 4 ) 增 加了 is c 和 铝合金熔 液之 间的 润湿性 . 计 算式 (3 ) , ( 4) 的 吉布斯 能 变 化 △ G l 和 △G : 可分 别表 示如 下 : △G z = 一 6 8 9 5 1 8 一 1 3 . 6 3 T l n T + 2 5 0 . g T , J · m o l 一 1 ; △G Z = 一 3 14 3 6 9 一 0 . 8 7 I n T + 5 1 . g T , J · m o l 一 1 . 将 实验 中的临界 浸 渗温 度 T = 1 2 7 3 K 代入 式 ( 2) , ( 3) 后 , 所得 △ G l 和 △ G : 均小于 。 , 表 明在 浸渗过程 中将会 发生上 述反应 . 不仅 反应 产 物 iS 通过 溶入 铝 合 金 液 而 促进 了 铝 向 SI C 骨 架 的浸 渗 . 同时 , 反 应 所放 出的 热 也提 高了铝 合金 液和 SI C 骨 架之 间的润 湿性 . 液 向 SI C 成 形 坯 的浸 渗 , 从而 使复合 材 料 的密度 得到 提高 . 3 结论 ( 1) 虽 然 SI C 骨 架开 口 孔 隙率随着预烧温 度 的提 高而 不 断 降低 , 但 预 烧 温 度 不 超 过 1 10 ℃ 时 , SI C 骨 架具有很高 的 开 口 孔 隙率 , 达 到总 孔 隙 率 的 97 . 9 % . ( 2) SI C 颗 粒经 高温氧化 处理 后 , 可 显著提高 复 合材料 的密 度 . 由于 SI C 颗 粒表面 吸 附着 少量 的 iS , C , O 等杂质 , 并 有一 层 极 薄的 iS q 膜 . 经 过 高温处理 后 , SI C 表面变得清洁 , 同时 51 0 : 薄膜 加厚 . 这 种 51 0 : 薄膜的 存在可 在 一 定程 度上 改 善铝 合金熔液 与 SI C 颗粒之 间的润 湿性 , 从而 促 进铝 合金熔 液对 SI C 骨 架 的浸渗 . ( 3) 浸渗温 度对 SI C 骨 架与铝 液 间湿 润性的 影响较大 . 浸渗温度低于 1 0 0 ℃ 时 , SI C 骨 架与 铝液 间的湿 润 性较 差 , 复合 材 料 的密 度较 低 . 当 is c 骨架与铝 液 间的湿 润 性得 到 显 著改 善后 , 所 制备的复 合材料具 有 较高密度 , 其最 高相 对 密 度 可超过 97 % . 、 . . 飞,JJ. Jes 参 1ù内,j4 ù f6 . L .s`尸FLe l seF T a b l e 表 1 is c 预处理对复合材料密度的影响 R e l a tive d e n s iit se o f e o m op s i tse w it h 朋 · r e ce i v e d ( C l ) o r 考 文 献 P代h e a tde ( C Z ) S IC 复合材料 iS c 状态 浸渗温度 / ℃ 相对密度 / % 未氧化处理 氧化处理 1 10 0 1 10 0 I n 击0 5 V K , T o l v i t i e M J . R e e e n t a d v a n e e i n n l e t al m a t r 议 co m P O s i t e s . M a t e r P ro ces s eT e hn o l , 1 9 9 5 , 5 3 : 2 7 3 朱和祥 , 黎柞坚 , 陈国平 . 碳化硅颗粒增强 铝基复合材料 的 发展状况 . 材料导报 , 19 9 5 , 9 ( 3 ) : 7 3 张 崎 功率 微 电子封 装 用铝 基 复 合材料 . 微电 子 技术 1 9 9 9 , 2 7 ( 2 ) : 3 0 J o h n s t o n C , Y o u 馆 R . A d v a n e e d t h e r m a l m an 昭 e m e n t m a t e r i - a l . 】时 N e w s let t e r M i e ro s ys t M E M s , 2 00 0 , 2 ( 1 ) : 1 4 刘文 俊 . 高 密度 高性 能 电子 封 装技 术 . 电 子产 品 世界 , 1 9 9 8 , ( 8 ) : 3 8 S e ib l o d R W , L i e a r i J J , Bro w n R L . A d v an e e d i n m a t e r ial s an d p r o e e s s e s f o r h i g h p e rfo rm an e e e l e e t ro n i e s fa b r i e a t io n an d 9 0 n7 少 1C2 ( 3) 由于 is 姚 的界 面能 较 is c 小 , 因此 is 姚 薄膜的增加 也将导 致铝 合金液和 SI C 骨架之 间 的 润湿 性 的改 善 . 综上所 述 , SI C 颗 粒 的 高 温 氧 化 处 理 将 改 善 铝合 金液和 SI C 骨 架之 间的 润 湿性 , 促进 铝 合 金