Vol.28 No.5 任淑彬等：电子封装用高体积分数SiC印/Al复合材料的制备 ·445· SiC脱脂坯的上方并一起放到涂有BN的氧化铝 2.36 甘锅中，然后放入可控气氛的管式炉中，在N2气 ·Experimental 2.32 -Theoretical 氛中于1100℃保温60min. 1.3分析测试 号2.28 采用LE0-1450扫描电镜观察样品的微观形 2.24 貌；样品的结构相用D/Max~RB型X射线衍射 2.20 (XRD)仪(Cu靶)进行测量分析；采用NETZSCH 2.16 TMA402热膨胀性能分析仪测量材料的热膨胀 0.540.560.580.600.620.64 系数；采用激光闪光法测复合材料的热扩散系数 SiC粉末体积分数 图2SC粉末的装载量曲线 2结果与讨论 Fig.2 Loading curve of SiC powder 2.1SiC粉末注射成形装载量的确定 粉末注射成形装载量为固相粉末在喂料中所 占的体积分数.由于SiC注射坯中的粘结剂被脱 除后留下的孔隙会在无压熔渗的过程中被A!合 金填充，所以SC粉末注射成形的装载量就是最 终所制备的复合材料中SiC的体积分数.这样可 以通过控制SiC粉末与粘结剂的体积分数比较准 确容易地控制SiC在复合材料中的体积分数.粉 um 末注射成形要求喂料在高温下具有合适的粘度， 围3注射坯断口的SEM扫描照片 以确保注射坯的质量.喂料的粘度随着粉末装载 Flg.3 SEM morphology of the fracture surface of an InJeeted 量的增加而增加，所以对于确定粒度的粉末进行 sample 注射成形时存在一个临界的粉末装载量，利用密 2.2喂料的注射性能 度和固体含量的关系曲线可以确定实验的临界粉 表1示出了在不同注射工艺参数下20mm 末装载量9].图2是SiC(W14)注射坯的密度和 ×15mm注射坯的外观品质特征.从表中可见： SiC体积分数的关系曲线，图中直线为理论密度. 喂料在150~180℃的温度范围内均能够较好地 可以看出，当SiC体积分数超过60%时，实际密 完成冲模注射过程，表现出良好的流动性和过程 度开始偏离理论密度.说明注射坯中SiC与粘结 稳定性；但是该粘结剂对温度较为敏感，过高的注 剂开始出现两相分离，并有可能出现孔隙，而这种 射温度容易造成注射坯的塌陷和两相分离，最佳 孔隙由于孔径过大不会被A1熔渗进去而遗留在 的注射温度为150~170℃范围，这时的喂料无论 复合材料中从而严重影响材料的性能.所以本实 从冲模过程还是生坯的表面粗糙度都表现为最 验的装载量确定为60%，这也是最终所制备的复 佳；喂料对注射压力的敏感程度较小，压力在60 合材料中SiC的含址.图3是注射试样的断口扫 ~90MPa范围内波动时，均能较好的完成注射， 描照片，可以看出SC与粘结剂分布均匀，没有 当压力过大时，样品的和模处会产生和模线，影响 孔隙出现. 注射坯的表面质其 表1注射成形工艺参数对坯体质量的形响 Table】 Effects of injection molding parameters on the quality of green body 注射压力/ 注射温度/气 MPa 140 150 160 170 180 60 模腔未被注满 完好 完好 完好 内有孔洞 75 模腔未被注满 完好 完好 完好 表面有气泡 90 部分注满 完好 完好 完好 中部塌陷 105 部分注满 完好 内有孔洞 出现和模线 中部塌陷V o l 。 2 8 N o 。 5 任淑彬等 : 电 子封装用高体积分数 si c P/ AI 复合材料的制 备 SI C 脱脂坯的上 方并一 起放到 涂 有 B N 的氧化铝 甘锅 中 , 然后 放入 可控气氛 的管式炉 中 , 在 N : 气 氛中于 1 20 0 ℃ 保温 6 0 m i n . 1 . 3 分析测试 采用 L E O 一 14 5 0 扫 描 电镜观察样品 的微观形 貌 ; 样品 的结构相用 D/ M ax 一 RB 型 X 射线衍射 ( X R D )仪 ( C u 靶 )进行测 量分析 : 采用 N E T Z S C H T M A 40 2 热膨胀性能分析仪测量材料 的热膨 胀 系数 ; 采用激光闪 光法 测复合材料的热扩散系数 . . E x ep ir m e n t a l 一 1’h e o r e t i e a ! 孟ùU, O J 咔n U 6 气j汽J, `气乙ù,- : , … , ù乙, ,山`` 翘脚护í日?的 0 . 54 0 图 2 5 6 0 5 8 0 6 0 0 . 6 2 0 . 64 is C 粉末体积分数 sl c 粉末的装载t 曲线 2 结果 与讨论 2 . 1 SI C 粉末注射成形装载t 的 确定 粉末注射成形 装载量 为固相粉末在喂 料中所 占的体积分数 . 由于 SI C 注射坯 中的粘 结剂 被 脱 除后 留下的孔隙会 在 无 压熔渗 的过 程 中被 lA 合 金填 充 , 所以 SI C 粉末注 射成 形 的装载量就 是 最 终所制备的复合材料 中 SI C 的体积分数 . 这 样可 以通 过 控制 SI C 粉末与粘结剂的体积分数 比较准 确容 易地 控制 SI C 在复合材料中的体积 分数 . 粉 末注 射成形要 求 喂料在高温 下具 有合适 的粘度 , 以确保注射坯的质量 . 喂料的粘度随 着粉末装载 量的增 加而增加 , 所以对于 确 定粒 度的粉末进行 注射成形时存在一个临界 的粉末装载量 . 利用密 度和 固体含量的关 系曲线可以确定 实验的临界粉 末装载量9[] . 图 2 是 SI C ( w l4 ) 注 射坯 的密 度 和 SI C 体积分数的关系 曲线 , 图中直 线为理 论 密度 . 可以看 出 , 当 SI C 体积 分数超 过 6 0 % 时 , 实际 密 度开 始偏离理 论密度 . 说 明注射坯 中 SI C 与粘结 剂开 始出现 两相分离 , 并有可能出现孔 隙 , 而这 种 孔隙由于孔径过 大不 会 被 1A 熔 渗进 去而 遗 留 在 复合材料中从 而严重 影 响材料的性能 所以本实 验的装载量确定为 60 % , 这 今是 最 终所制备的复 合材料 中 SI C 的含 量 . 图 3 是注 射试样 的断 口 扫 描照 片 . 可以看 出 SI C 与粘 结剂 分布均匀 , 没 有 孔隙出现 . F lg . 2 oL a d i n g e “ vr e o r s iC OP w d e r 图 3 注射坯断口 的 S E M 扫描照片 F lg . 3 S E M m o 印h o l o gy o f t加 fr a e t . 陀 s u r fa 理 o f a n i川ec t曰 sa m p l e 2 . 2 喂料的注射性能 表 1 示 出了 在不 同注 射工 艺参数下 似o m m x 15 m m 注 射坯 的外观 品 质特 征 . 从 表中可 见 : 喂料在 巧0 一 18 0 ℃ 的温 度范 围内均能 够较 好地 完成冲模注射过 程 , 表现 出 良好 的流 动性和 过 程 稳定性 ; 但是 该粘结剂对温 度较为敏 感 , 过 高的注 射温 度容易造 成注 射坯 的塌 陷和两 相分离 , 最佳 的注射温度为 15 0 一 1 70 ℃ 范围 , 这 时 的喂 料无论 从 冲模过 程 还 是 生 坯 的表 面 粗糙度都表 现 为最 佳 ; 喂料对注 射压 力 的敏 感程 度较 小 , 压 力 在 6 0 一 9 0 M P a 范围 内波 动时 , 均能较好的完成 注 射 , 当压 力过 大 时 , 样 品的和模处会 产生 和模线 , 影响 注射坯的 表面 质量 . 表 l 注射成形工艺参数对坯体质 t 的影响 介b l e 1 E f n 沈七 o f i川ec t lo n mo ld l叱 p a ar 时 比t e sr o n t he q ua l i t y o f 舍r e n 肠闭 y 注射压 力 / M P a 注射温度 / ℃ 模腔 未被注 满 模腔未被注 满 部分注满 部分注 满 完好 完好 完好 完好 完好 完好 完好 内有孔洞 完好 完好 完好 出现和 模线 内有孔洞 表面有气泡 中部塌陷 中部塌陷 60759105