D0I:10.13374/i.issnl00It03.2008.0L.002 第30卷第1期 北京科技大学学报 Vol.30 No.1 2008年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2008 Si对无压浸渗SiC,/Al复合材料显微组织与热导率的 影响 马强 何新波 任淑彬曲选辉 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了A8Mg基体中添加Si对无压浸渗SiC,/A1复合材料显微组织和热导率的影响.结果表明，Si能够改善A1与 SiC的润湿性，减少复合材料孔隙度，抑制界面反应，提高相对密度·不含Si时，A1与SiC界面反应严重，并且润湿性较差，导 致复合材料的热导率和相对密度较低：当基体中添加质量分数12%的Si时，界面反应受到完全抑制，热导率取得最大值：进一 步提高基体中Si含量，由于铝基体的热导率随Si含量的增加而降低，导致复合材料的热导率也随之降低 关键词SiCp/Al复合材料；无压浸渗：显微组织：热导率 分类号TB333 Effect of Si on the microstructure and thermal conductivity of pressureless infil- trated SiCp/Al composites MA Qiang.HE Xinbo,REN Shubin,QU Xuanhui School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The effects of the amount of Si added to Al-8Mg alloy on the microstructure and thermal conductivity of pressureless infiltrated SiCp/Al composites were investigated.The results show that Si addition to matrix can reduce the porosity of the infiltrated composites by the improvement of SiC/Al wettability.suppress the SiC/Al interfacial reaction and increase the relative density of the infiltrated composites.Without Si addition to Al-8Mg alloy.the composites ex hibited a lower thermal conductivity and relative densi- ty because of poor wettability and severe interfacial reaction.With increasing the Si content to 12%,the interfacial reaction was sup- pressed and the thermal conductivity of the composites is the maximum.With further increasing Si content,the thermal conductivity of the composites decreased because the thermal conductivity of matrix itself decreased. KEY WORDS SiCp/Al composites:pressureless infiltration:microstructure:thermal conductivity 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料 温下易发生反应，生成的A14C3在潮湿的条件下即 (SiC,Al)综合了SiC及Al的优良性能，具有高比 发生水解，降低了材料的可靠性，严重限制了其发 强度、良好的导热性、低热膨胀系数等特点，在电子 展，以往的研究表明一，在合金基体中添加S1可 封装、航空航天、军事、汽车等领域具有广泛的应用 以改变反应的热力学参数，从而抑制该反应的发生， 前景[山.但因其机械加工特别困难，发展其先进的 然而，关于Si对无压浸渗SiCp/Al复合材料的显微 制备工艺，始终是研究的热点问题之一，20世纪90 组织和性能的影响规律还鲜有报道，本文采用注射 年代，美国Lanxide公司，发明了无压浸渗技术2)， 成型无压浸渗工艺制备了体积分数为55%SiC,/ 为高体分比SiC,/Al复合材料的制备开辟了新的途 Al复合材料，通过XRD,SEM和TEM等手段，研究 径).经过近10年的发展，该技术已经取得了一定 Si含量对SiC,/Al复合材料显微组织和热导率的影 进展，如确定基体Mg合金化以及氮气气氛为浸渗 响规律 工艺的必备条件等).但同时，由于SiC与A1高 1实验 收稿日期：2006-10-30修回日期：2007-03-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na-50404012) 1.1复合材料的制备 作者简介：马强(1982-)，男，硕士研究生；何新波(1970-)男， 实验用SC预制型采用陶瓷粉末注射成型方法 教授，博士 制备8].其中SiC颗粒采用绿色aSiC,纯度为Si 对无压浸渗 SiCp／Al 复合材料显微组织与热导率的 影响 马 强 何新波 任淑彬 曲选辉 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 研究了 Al－8Mg 基体中添加 Si 对无压浸渗 SiCp／Al 复合材料显微组织和热导率的影响．结果表明‚Si 能够改善 Al 与 SiC 的润湿性‚减少复合材料孔隙度‚抑制界面反应‚提高相对密度．不含 Si 时‚Al 与 SiC 界面反应严重‚并且润湿性较差‚导 致复合材料的热导率和相对密度较低；当基体中添加质量分数12％的 Si 时‚界面反应受到完全抑制‚热导率取得最大值；进一 步提高基体中 Si 含量‚由于铝基体的热导率随 Si 含量的增加而降低‚导致复合材料的热导率也随之降低． 关键词 SiCp／Al 复合材料；无压浸渗；显微组织；热导率 分类号 TB333 Effect of Si on the microstructure and thermal conductivity of pressureless infil￾trated SiCp／Al composites MA Qiang‚HE Xinbo‚REN Shubin‚QU Xuanhui School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT T he effects of the amount of Si added to Al－8Mg alloy on the microstructure and thermal conductivity of pressureless infiltrated SiCp／Al composites were investigated．T he results show that Si addition to matrix can reduce the porosity of the infiltrated composites by the improvement of SiC／Al wettability‚suppress the SiC／Al interfacial reaction and increase the relative density of the infiltrated composites．Without Si addition to Al－8Mg alloy‚the composites exhibited a lower thermal conductivity and relative densi￾ty because of poor wettability and severe interfacial reaction．With increasing the Si content to12％‚the interfacial reaction was sup￾pressed and the thermal conductivity of the composites is the maximum．With further increasing Si content‚the thermal conductivity of the composites decreased because the thermal conductivity of matrix itself decreased． KEY WORDS SiCp／Al composites；pressureless infiltration；microstructure；thermal conductivity 收稿日期：2006-10-30 修回日期：2007-03-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50404012） 作者简介：马 强（1982－）‚男‚硕士研究生；何新波（1970－）‚男‚ 教授‚博士 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料 （SiCp／Al）综合了 SiC 及 Al 的优良性能‚具有高比 强度、良好的导热性、低热膨胀系数等特点‚在电子 封装、航空航天、军事、汽车等领域具有广泛的应用 前景［1］．但因其机械加工特别困难‚发展其先进的 制备工艺‚始终是研究的热点问题之一．20世纪90 年代‚美国 Lanxide 公司‚发明了无压浸渗技术［2］‚ 为高体分比 SiCp／Al 复合材料的制备开辟了新的途 径［3］．经过近10年的发展‚该技术已经取得了一定 进展‚如确定基体 Mg 合金化以及氮气气氛为浸渗 工艺的必备条件等［4－6］．但同时‚由于 SiC 与 Al 高 温下易发生反应‚生成的 Al4C3 在潮湿的条件下即 发生水解‚降低了材料的可靠性‚严重限制了其发 展．以往的研究表明［4－7］‚在合金基体中添加 Si 可 以改变反应的热力学参数‚从而抑制该反应的发生． 然而‚关于 Si 对无压浸渗 SiCp／Al 复合材料的显微 组织和性能的影响规律还鲜有报道．本文采用注射 成型－无压浸渗工艺制备了体积分数为55％ SiCp／ Al 复合材料‚通过 XRD、SEM 和 TEM 等手段‚研究 Si 含量对 SiCp／Al 复合材料显微组织和热导率的影 响规律． 1 实验 1∙1 复合材料的制备 实验用 SiC 预制型采用陶瓷粉末注射成型方法 制备［8］．其中 SiC 颗粒采用绿色 α－SiC‚纯度为 第30卷 第1期 2008年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．1 Jan．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．01．002