D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2004.03.019 第26卷第3期 北京科技大学学报 Vol.26 No.3 2004年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2004 SiCp/Al电子封装复合材料预成形坯的制备 平延磊贾成厂曲选辉李志刚 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要在本实验中将SC颗粒与粘结剂混合，温压制备成坯块，进行了热脱脂与预烧结， 研究了热脱脂一预烧结后坯块的线性膨胀率、孔隙度、强度与工艺条件的关系，对预成形坯 的显微组织形貌进行分析结果表明，通过有效地控制成形、脱脂与烧结等工艺参数，能制备 出具有适合强度和孔隙度的预成形坯， 关键词SiCp/Al复合材料：预成形坯：孔隙度：强度：线性膨胀率 分类号TB331;TG304 近年来在金属基复合材料中，以颗粒、短纤 进行溶剂萃取脱脂，然后自然风干，再在氢气 维、晶须等非连续相增强的铝基复合材料(SC 气氛下进行热脱脂和预烧结，最终制备成预成形 Reinforced Aluminum Matrix Composites)因其良好 坯块.用所制得到的预成形坯进行渗铝，其热脱 的可再加工性和各向同性而倍受重视.由于其具 脂一预烧结工艺流程如图1所示. 有高的比强度、比刚度、导热性、优良的摩擦性 1100*℃45min 能、与铝合金相当的密度以及可调配的热膨胀系 数等优点而成为目前国内外专家学者研究的热 点之一.本研究欲采用注射成形、压力渗滤法来 7℃/min 制备SiCp/AI封装复合材料，合格的SiC预成形坯 500℃30min 是采用压力渗滤技术制备出高性能SiCp/Al复合 300℃/5c/min 材料的首要步骤， 30 min 3℃/min 1实验方法 时间 本实验中SC颗粒的预成形坯制备的工艺流 图1热脱脂一预烧结工艺流程 程为：SC颗粒+粘结剂一混炼一制粒一成形一脱 Fig.1 Process flow chart of thermal debinding-pre-sinter- ing 脂一预烧结.实验中采用平均粒度为50-63μm的 绿色SiC颗粒其化学成分（质量分数）为：SiC 单组元石蜡的熔点为58℃、热分解温度范围 97.25%;Fe1.18%;游离Si0.98;00.33%;Ca0.26%. 为224-257℃，单组元聚乙烯的熔点为139℃、热 混合一定比例的石蜡(PW)与聚乙烯(HDPE)的 分解温度范围为430-490℃，从图1中看出，在热 粘结剂，质量比PW:HDPE=7:3,两者体积比 脱脂一预烧结工艺过程中，分别在两个相对高于 为SiC):心粘结剂)=66：34，制备适当孔隙度和 石蜡与聚乙烯的热分解温度下保温，是因为粘结 强度的预成形坯.在120-150℃下混炼机上混料 剂各组元之间的相互作用使它们各自的热分解 60min,冷却后研磨成粉末，在加热的条件下，模 温度稍微升高.前两个保温阶段通过热脱脂对粘 拟注射成形工艺，压制成坯块.在汽油中浸泡28 结剂中的石蜡和聚乙烯进行完全脱除，通过第三 收稿日期2002-06-10平延磊男，24岁，硕士研究生 个保温阶段，使坯块具有足够的强度和适当的孔 *国家自然科学基金项目No.50274014)及民口配套研制项目 隙度，以便渗入铝液. No.28300007)第 2 6 卷 第 3 期 2 0 0 4 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s iyt o f S e ic n e e a n d eT e h n o l o gy B e ij i n g V b l . 2 6 N o 一 3 J U n . 2 0 0 4 is C p A/ l 电子封装 复合材料预成形坯 的制备 平延 磊 贾成厂 曲 选辉 李志 刚 北京科 技大 学材 料科 学与 工 程 学院 , 北 京 10 0 0 8 3 摘 要 在 本 实验 中将 is C 颗粒 与粘 结剂 混 合 , 温 压制 备 成坯块 , 进 行 了热 脱脂 与预 烧 结 , 研 究 了热 脱脂一预 烧 结后坯 块 的线 性膨 胀率 、 孔 隙度 、 强 度 与工 艺条 件 的关 系 , 对 预成 形 坯 的显微 组织 形貌 进行 分析 . 结 果表 明 , 通 过有 效地 控制 成形 、 脱 脂与烧 结 等工 艺参 数 , 能制备 出具有 适 合强 度和 孔 隙度 的预 成形 坯 . 关键 词 is C pA/ 1 复合材 料 ; 预成 形坯 ; 孔 隙度 ; 强度 ; 线 性膨 胀率 分类 号 珊 3 3 1 ; T G 3 o 4 近 年 来在 金 属 基复 合 材 料 中 , 以颗 粒 、 短纤 维 、 晶须 等非 连 续 相增 强 的 铝基 复 合材 料 (s 记 R e i n fo cr de A l u m ~ M a tir x C o m Pos iet s ) 因其 良好 的可 再加 工性 和 各 向 同性 而 倍受 重视 . 由于 其具 有 高 的 比强 度 、 比刚度 、 导 热 性 、 优 良的摩擦 性 能 、 与铝 合 金相 当 的密度 以及可 调配 的热膨 胀系 数 等优 点而 成 为 目前 国 内外 专 家 学 者 研究 的热 点之 一 本 研究欲采 用 注射 成 形 、 压力 渗 滤 法来 制备 SI C pA/ l封 装 复合 材 料 , 合 格 的 is C 预 成 形坯 是采 用 压 力渗 滤 技术 制 备 出 高性 能 is C p A/ l 复合 材料 的首要 步骤 . h 进 行溶 剂 萃 取脱 脂 , 然后 自然 风干 , 再在 氢 气 气 氛 下进 行 热脱 脂 和预 烧 结 , 最 终制 备成 预成 形 坯 块 . 用 所 制得 到 的预成 形 坯 进行 渗 铝 . 其 热 脱 脂一预 烧 结 工艺 流 程 如 图 1 所 示 . 1 1 0 0℃ 4 5 m in 剔 _ _ _ 加 m in } 5 。 粉 o m ` · 1 3 0 0 oC / , 心 z m m / 3 0 m ` n 3 oC /m in 1 实验 方 法 本 实 验 中 is C 颗粒 的预 成 形 坯制 备 的工 艺流 程 为 : SI C 颗 粒+ 粘 结剂 、 混 炼 一 制粒 , 成 形 一 脱 脂 一 预 烧 结 . 实验 中采用 平 均粒 度 为 5 0一 63 娜的 绿色 SI C 颗粒 其化 学 成分 (质量 分数 ) 为 : SI C 9 7 . 2 5% : F e 1 . 18% ; 游 离 5 10 , 9 8: 0 0 3 3% : C a 0 . 2 6% . 混 合一 定 比例 的石 蜡 ( PW ) 与聚 乙 烯 ( H D P )E 的 粘 结剂 , 质 量 比 PW : H D P E = 7 : 3 , 两 者体 积 比 为 城SI C ) : V( 粘 结 剂 ) = “ : 3 4 , 制 备适 当孔 隙度 和 强 度 的预 成 形坯 . 在 12 0一 1 50 ℃ 下 混 炼 机上 混 料 6 0 m in , 冷 却 后研磨 成 粉末 , 在 加 热 的条 件 下 , 模 拟 注射 成 形 工艺 , 压 制 成坯 块 . 在 汽油 中浸泡 28 收稿 日期 2 0 02 刁-6 10 _ 平 延磊 男 , 2 4 岁 , 硕 士研 究 生 * 国家 自然科 学基 金项 目伽.0 5 02 74 01 4) 及 民 口 配套 研制项 目 (N 0 . 2 83 0 0 0 0 7 ) 时 间 图 1 热脱 脂一预 烧结 工 艺流 程 F i g . l P r o e e s s l ow c h a r t o f t h e r m a l d e b in d i n g 一 P r e 一 s i n t e r - i n g 单 组元 石 蜡 的熔点 为 58 ℃ 、 热 分解 温 度 范 围 为 2 2 4一2 5 7 ℃ , 单组 元 聚 乙烯 的熔 点 为 13 9 ℃ 、 热 分 解 温度 范 围为 4 3 0一4 90 ℃ . 从 图 1 中看 出 , 在 热 脱 脂一预烧 结 工艺 过 程 中 , 分 别 在两 个 相对 高 于 石 蜡 与聚 乙烯 的热 分 解温度 下保 温 , 是 因 为粘 结 剂 各 组 元 之 间 的相 互 作 用 使它 们 各 自的热 分 解 温 度稍 微 升 高 . 前两 个保 温 阶段 通过 热 脱脂 对粘 结 剂 中 的石蜡 和聚 乙 烯进 行 完全 脱 除 , 通过 第 三 个 保温 阶段 , 使坯块 具 有足 够 的强 度和 适 当 的孔 隙度 , 以便渗 入 铝液 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 03. 019