D0I:10.13374/1.issm100I103.2008.12.009 第30卷第12期 北京科技大学学报 Vol-30 No.12 2008年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2008 SiC颗粒特性对无压熔渗SiCp/Al复合材料热物理性 能的影响 叶斌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 摘要采用粉末注射成形无压熔渗相结合技术制备出了电子封装用高体积分数SiCp/A!复合材料·重点研究了SiC粒径、 体积分数以及粒径大小等颗粒特性对所制备复合材料热物理性能的影响规律.研究结果表明，SiC/A1复合材料的热导率随 SC粒径的增大和体积分数的增加而增加：SC粒径的大小对复合材料的热膨胀系数(CTE)没有显著的影响，而其体积分数对 CTE的影响较大·CTE随着SiC颗粒体积分数的增加而减小，CTE实验值与基于Turner模型的预测值比较接近.通过对不 同粒径的SiC粉末进行级配，可以实现体积分数在53%~68%.CTE(20~100℃)在7.8×10-6~5.4×10-6K-1、热导率在 140~190WmK-范围内变化 关键词SiCp/Al复合材料：热物理性能；粉未注射成形：无压熔渗 分类号TB333.3 Effect of SiC particles characteristics on the thermophysical properties of SiCp/ Al composites by powder injection and pressureless infiltration YE Bin.HE Xinbo,REN Shubin,QU Xuanhui School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083 ABSTRACT SiCp/Al composites with high volume fraction for electronic packaging were prepared by powder injection molding and pressureless infiltration.The effects of the particle size and volume fraction of SiC on the thermophysical properties of SiCp/Al com- posites were investigated.The results show that thermal conductivity of SiCp/Al composites increases with the increase of the particle size and volume fraction of SiC.The coefficient of thermal expansion(CTE)of the composites is not affected by the particle size of SiC but depends on the volume fraction of SiC.With the increase in volume fraction of SiC the CTE of the composites decreases.and it agrees well with the predicted values based on Turner's model.By graduation of SiC particles with different sizes,it can be realized that the volume fraction ranges from 53%to 68%.As a result,the CTE(20-100C)of the composites changes from 7.8X10-5to 5.4X10-6K-1.and thermal conductivity from 140 to 190 W'mK-1. KEY WORDS SiCp/Al composites:thermophysical properties:powder injection molding:pressureless infiltration 高体积分数SiCp/Al复合材料由于具有热导率 该种材料的近净成形技术已成为一个非常迫切的问 高、热膨胀系数(CTE)低且可调、密度低、强度与硬 题，无压熔渗技术是通过改善增强体与基体的界面 度高等优点，可替代以Kovar和WCu、MoCu为润湿性，使熔融铝合金在不加外压的情况下依靠毛 代表的传统电子封装合金，正成为迅速发展的新一 细管力和界面反应作用力自动渗于SCp预制件中， 代电子封装材料，在航空航天、光电器件等领域具有 最终获得致密的近净形SiCp/Al复合材料零 广阔的应用前景).然而，由于该材料本身具有 件3].目前，本课题组通过采用粉末注射成形制 很高的脆性和硬度，使其很难通过二次机械加工成 备SiCp预成形坯，然后采用Al合金无压熔渗的技 所需要的形状，严重制约了该材料的应用，因此开发术已能够成功实现复杂形状SiC/Al复合材料封装 收稿日期：2008-01-12修回日期：2008-03-22 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(No.2006AA03z557):教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(N。,NCET-0G0081) 作者简介：叶斌(1966一)，男，博士研究生；何新波(1971一)，男，教授，博士生导师，E mail:xb-he@163.comSiC 颗粒特性对无压熔渗 SiCp／Al 复合材料热物理性 能的影响 叶 斌 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 采用粉末注射成形－无压熔渗相结合技术制备出了电子封装用高体积分数 SiCp／Al 复合材料．重点研究了 SiC 粒径、 体积分数以及粒径大小等颗粒特性对所制备复合材料热物理性能的影响规律．研究结果表明‚SiCp／Al 复合材料的热导率随 SiC 粒径的增大和体积分数的增加而增加；SiC 粒径的大小对复合材料的热膨胀系数（CT E）没有显著的影响‚而其体积分数对 CT E 的影响较大．CT E 随着 SiC 颗粒体积分数的增加而减小‚CT E 实验值与基于 Turner 模型的预测值比较接近．通过对不 同粒径的 SiC 粉末进行级配‚可以实现体积分数在53％～68％、CT E（20～100℃）在7∙8×10－6～5∙4×10－6 K －1、热导率在 140～190W·m·K －1范围内变化． 关键词 SiCp／Al 复合材料；热物理性能；粉末注射成形；无压熔渗 分类号 TB333∙3 Effect of SiC particles ’ characteristics on the thermophysical properties of SiCp／ Al composites by powder injection and pressureless infiltration Y E Bin‚HE Xinbo‚REN Shubin‚QU Xuanhui School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083 ABSTRACT SiCp／Al composites with high volume fraction for electronic packaging were prepared by powder injection molding and pressureless infiltration．T he effects of the particle size and volume fraction of SiC on the thermophysical properties of SiCp／Al com￾posites were investigated．T he results show that thermal conductivity of SiCp／Al composites increases with the increase of the particle size and volume fraction of SiC．T he coefficient of thermal expansion （CT E） of the composites is not affected by the particle size of SiC but depends on the volume fraction of SiC．With the increase in volume fraction of SiC the CT E of the composites decreases‚and it agrees well with the predicted values based on Turner’s model．By graduation of SiC particles with different sizes‚it can be realized that the volume fraction ranges from53％ to68％．As a result‚the CT E（20－100℃） of the composites changes from7∙8×10－6to 5∙4×10－6 K －1‚and thermal conductivity from 140to190W·m·K －1． KEY WORDS SiCp／Al composites；thermophysical properties；powder injection molding；pressureless infiltration 收稿日期：2008-01-12 修回日期：2008-03-22 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（No．2006AA03Z557）；教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目（No．NCET－06－0081） 作者简介：叶 斌（1966－）‚男‚博士研究生；何新波（1971－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：xb－he＠163．com 高体积分数 SiCp／Al 复合材料由于具有热导率 高、热膨胀系数（CTE）低且可调、密度低、强度与硬 度高等优点‚可替代以 Kovar 和 W－Cu、Mo－Cu 为 代表的传统电子封装合金‚正成为迅速发展的新一 代电子封装材料‚在航空航天、光电器件等领域具有 广阔的应用前景［1－2］．然而‚由于该材料本身具有 很高的脆性和硬度‚使其很难通过二次机械加工成 所需要的形状‚严重制约了该材料的应用‚因此开发 该种材料的近净成形技术已成为一个非常迫切的问 题．无压熔渗技术是通过改善增强体与基体的界面 润湿性‚使熔融铝合金在不加外压的情况下依靠毛 细管力和界面反应作用力自动渗于 SiCp 预制件中‚ 最终 获 得 致 密 的 近 净 形 SiCp／Al 复 合 材 料 零 件［3－4］．目前‚本课题组通过采用粉末注射成形制 备 SiCp 预成形坯‚然后采用 Al 合金无压熔渗的技 术已能够成功实现复杂形状 SiCp／Al 复合材料封装 第30卷 第12期 2008年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．12 Dec．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．12．009