Vol.26 No.3 平延磊等：SiCp/AI电子封装复合材料预成形坯的制备 ·303· 根据国家标准规定，采用水重法测量多孔材 料的表观密度.将测量后的预成形坯烘干，然后 放入加热融化的石蜡中，待石蜡冷凝后取出预成 形坯并除去表面多余的石蜡，测量此时预成形坯 在空气中的质量M,再测量其浸入水中的质量 M,利用水的密度p即可计算预成形坯的表观密 度p4(包括开孔和闭孔在内的密度)，此时的试样 实际密度p4与SiC的理论密度p2之比为闭孔孔隙 度62，由此得出开孔孔隙度e,计算公式为： 图6预成形还的显微组织形貌 P:=P:M/(M-M) (3) Fig.6 Microstructure morphology of the perform 2=p41p (4) 开孔孔隙度 3结论 E=e1-2 (5) 实验测得的数据利用上述公式计算出不同 (1)在热脱脂不同阶段，严格控制升温速率和 预烧结温度下预成形坯的孔隙度值变化，如图5 有效保温来脱除聚乙烯和溶剂脱脂后剩余的石 所示.从图5可以看出在不同预烧结温度下预 蜡粘结剂，能够保持预烧结后良好的外观形貌. 成形坯的孔隙度在32%左右，开孔孔隙度则随着 (2)在合理的预烧结温度(1100℃)以上，能 温度的增高变化不十分明显.在1100℃以上，随 制备出具有合适强度和连通孔隙度的预成形坯， 着预烧结温度的升高，SiC成形坯的孔隙率变化 以便顺利渗入铝液. 不大，说明预烧结温度对SC成形坯孔隙率的影 参考文献 响很小.在远低于SiC烧结温度下，SiC几乎不会 1张强，陈国饮，姜龙涛，等.高体积分数SiCp/Al热膨 发生致密化，这主要是由于SC难烧结的缘故， 胀系数与SiC含量的相关性[AJ复合材料生命一 因此其孔隙率也不会发生较大变化.而在1100℃ 环境与高技术.第十二届全国复合材料学术会议 以下预成形坯的孔隙度和开孔孔隙度数值都明 [C].天津，2002 显的下降.所以要烧结适当孔隙度的预成形坯选 2 Lee H S,Jeon K Y,et al.Fabrication process and thermal 取在1100℃以上的温度. properties of SiCp/Al metal matrix composites for electro- nic packaging applications [J].J Mater Sci,2000,35:6231 802开孔孔隙度 ■孔隙度口开孔孔隙度/孔隙度 3 Pech-Canul M I,Katz R N,Makhlouf MM.The role of 60 silicon in wetting and pressureless infiltration of SiCp per- 40 forms by aluminum alloys [J].JMater Sci,2000,35:2167 4 Zulfia A,Hand R J.The production of Al-Mg alloy/SiC metal matrix composites by prssureless infiltration [J].J Mater Sci,.2002,37:955 1050 1100 1150 1200 5 Gu M Y,Mei Z,Jin Y P,et al.Structure and amorphization 温度/℃ of the oxide on the silicon carbide surface in a SiCp/Al 图5不同预烧结温度对预成形坯的孔隙度的影响 composite [J].Scripta Mater,1999,40(9):985 Fig.5 Effect of different pre-sintering temperature on the 6 Sui X D,Luo C P,Luo Z X,et al.The fabrication and pro- porosity of the preforms perties of particle reinforced cast metal matrix composites 2.4预成形还的显微组织形貌分析 [J].JMater Process Technol,1997,63:426 热脱脂一预烧结后，SC颗粒中预成形坯的 7 Seo YH,KangCG.The effect of applied pressure on par- 孔隙分布如图6所示.可以看出颗粒与孔隙的分 ticle-dispersion characteristics and mechanical properties 布比较均匀，这样便于铝液渗入到联通孔隙中 in melt-stirring squeeze cast SiCp/Al composites [J].J 去.同时，预成形坯中也存在着一些闭孔.从烧结 Mater Process Technol,1995,55:370 后测定的开孔孔隙度可知，开孔孔隙约占总孔隙 8 Hashim J,Looney L,Hashmi MS J.The enhancement of wettabilty of SiC particles in cast aluminium matrix com- 的65%以上，要调整孔隙度可以通过改变混料中 posites [].J Mater Process Technol,2001,119:329 粘结剂的比例来解决，而孔隙的大小和连通性可 (下转第329页) 以通过调节粉末粒度的大小来改善.V b l . 2 6 N 0 . 3 平 延磊 等 : is C P /A 】电子封 装 复合材 料 预成 形坯 的制备 根 据 国家 标 准规 定 , 采 用 水 重法 测量 多 孔材 料 的表观 密 度 , 将测 量 后 的预 成 形坯 烘 干 , 然后 放 入 加热 融化 的石蜡 中 , 待 石蜡 冷凝后取 出预成 形 坯 并 除去表 面 多余 的石 蜡 , 测 量此 时预 成 形坯 在 空 气 中的质 量 城 , 再 测 量其 浸 入 水 中的 质量 从 , 利 用水 的密度 P 3 即可计 算 预成 形 坯 的表 观密 度 P 4 ( 包 括 开孔 和 闭孔在 内 的密度 ) , 此 时 的试样 实 际密 度p ; 与 is C 的理 论 密度 p Z之 比 为 闭孔 孔 隙 度 灸 , 由此得 出开 孔孔 隙度 。 , 计 算 公式 为 : P 4 = 乃城 /(从 一 从 ) ( 3 ) 负 = P 4 /P Z ( 4 ) 开孔 孔 隙度 ￡ = ￡, 一 负 ( 5 ) 实 验 测 得 的数 据 利 用 上 述 公 式 计 算 出 不 同 预烧 结温度 下 预 成 形坯 的孔 隙度 值 变化 , 如 图 5 所 示 . 从 图 5 可 以看 出在 不 同预 烧 结温度 下 预 成 形坯 的 孔 隙度在 3 2% 左 右 , 开 孔 孔 隙度 则随着 温度 的增 高变 化 不 十 分 明显 , 在 1 10 0 ℃ 以上 , 随 着 预烧 结 温度 的升 高 , SI C 成 形 坯 的孔 隙率 变 化 不 大 , 说 明预烧 结 温 度对 S IC 成 形坯 孔 隙率 的影 响 很 小 . 在 远低 于 is C 烧 结 温度 下 , is C 几 乎不 会 发 生 致密 化 , 这 主要 是 由于 is C 难 烧 结 的缘 故 , 因此其 孔 隙率也 不会 发 生较 大变 化 . 而在 1 10 ℃ 以下 预 成 形 坯 的孔 隙度 和 开 孔 孔 隙度 数 值 都 明 显 的 下 降 . 所 以要 烧 结适 当孔 隙 度 的预成 形坯 选 取 在 1 10 0 ℃ 以上 的温度 . 图 6 预成 形 坯 的显微 组织 形 貌 F ig . 6 M i e or s t r u e t u er m o r Ph o fo gy o f t h e P e r fo r m 口 开孔孔l凉度 . 孔滚策度 口 开孔刁七隙度 /孔隙度 一 淤 . 募 . 募 . 1 0 50 1 10 0 1 1 5 0 翻1 2 0 0 温度 / ℃ 图 5 不 同预烧 结 温度 对预 成形 坯 的孔 隙度 的影 响 F ig . 5 E fe e t o f d i月er r e n t Per 一 s in et r in g et m P e r a tU er o n t h e P o r o s iyt o f t h e P er fe r m s .2 4 预成 形 坯 的显 微组 织 形 貌 分析 热脱 脂一预 烧 结 后 , is C 颗 粒 中预成 形 坯 的 孔 隙分 布如 图 6 所示 . 可 以看 出颗粒 与孔 隙 的分 布 比 较均 匀 , 这 样 便 于 铝 液渗 入 到联 通 孔 隙 中 去 . 同时 , 预成 形坯 中也存 在着 一 些 闭孔 . 从烧 结 后测 定 的 开孔 孔 隙度 可 知 , 开 孔孔 隙 约 占总孔 隙 的 6 5% 以上 , 要调 整 孔 隙度 可 以通 过 改变 混料 中 粘 结剂 的 比例 来解 决 , 而 孔 隙的大 小 和连 通性 可 以通 过调 节 粉末 粒 度 的大 小 来 改善 . 3 结 论 ( l) 在 热脱 脂 不 同阶段 , 严 格 控制 升温 速 率和 有 效 保 温来 脱 除 聚 乙 烯 和 溶 剂 脱 脂 后 剩余 的石 蜡 粘结 剂 , 能够保 持 预烧 结 后 良好 的 外观 形貌 . ( 2 ) 在 合 理 的预 烧 结温 度 ( 1 10 0 ℃ ) 以上 , 能 制 备 出具 有合 适 强度和 连 通孔 隙度 的预 成形 坯 , 以便顺 利渗 入 铝液 . 参 考 文 献 1 张 强 , 陈 国钦 , 姜 龙涛 , 等 . 高体积 分 数 is C p A/ 1热膨 胀系 数 与 is C 含量 的相关 性 [A ] . 复合材 料 生命 环 境 与高 技 术 . 第 十 二 届 全 国复合 材 料 学 术 —会 议 【C ] . 天 津 , 2 0 0 2 2 L e e H S , J e o n K Y, e t a l . Fab ir e at i o n P r o e e s s an d ht e mr a l Por P e rt i e s o f s iCP A/ l m e t a l m at r i x e o m P o s i t e s of r e l e e Otr - n i e Pa e k a g ign ap Pli e at i o n s [J ] . J M at e r S e i , 2 0 0 0 , 3 5 : 6 2 3 1 3 P e e h 一 C an u l M I , K at z R N , M a 划1 1 o u f M M . T h e or l e o f s il i e o n i n w e t ign an d P r e s s ur e l e s s in if l t r at i o n o f S iC P P e r - fo mr s by a l u m l n u n l a ll o y s 【J」 . J M at e r S e i , 2 0 0 0 , 3 5 : 2 16 7 4 Z u lif a A , H an d R J . T h e P r o du e t i o n o f A I 一 M g a ll o y/ S IC m e t a l m atr i x c o m P o s iet s by rP s s ur e l e s s in if l tr at i o n [ J ] . J M a t e r S e i , 2 0 0 2 , 3 7 : 9 5 5 5 uG M Y, M e i Z , Ji n Y P, e t a l . St ur e trU e an d am o pr hi z at i o n o f het o x i d e o n ht e s i li e o n e a r bld e s u r af e e i n a S IC P A/ l e o m P o s it e [J」 . S icr Pat M at e ,r 1 9 9 9 , 4 0 ( 9 ) : 9 8 5 6 S u i X D , L u o C P, L u o Z X , e t a l . hT e af b r i e at i o n an d P r o - P e rt i e s o f Part i e l e r e i n fo r e e d e a s t m e at l m atr i x e o m P o s i t e s [J] . J M at e r P r o e e s s eT c h n o l , 19 9 7 , 6 3 : 4 2 6 7 S e o Y H , K an g C G . T h e e fe e t o f ap Pli e d Pr e s s u re o n P ar - ti e l e 一 di s P e r s i o n e har ac t e r i s t i e s an d m e c h an i e a l P r o P e rt i e s i n m e l t 一 s t i ir n g s qu e e z e e a s t S IC P A/ 1 e o m P o s i t e s [J] . J M at e r P r o e e s s eT c hn o l , 1 9 9 5 , 5 5 : 37 0 8 H a s h im J , L o o n e y L , H a s h m i M S J . Th e e hn an e e m e in o f w e t ab i lyt o f S IC Part i e l e s i n e as t a lum in ium m atr i x c o m - P o s it e s [J ] . J M aet r P or e e s s eT e hn o l , 2 0 0 1 , 1 1 9 : 3 2 9 ( T 转第 3 2 9 页) 芝侧凿铭