SiCp表面改性及其Al基復合材料界面和宏觀熱導率研究.pdf

1、本文以SiCp表面改性結合無壓浸滲工藝制備了SiCp/Al復合材料。三種表面改性工藝:SiCp表面鍍銅、SiCp表面鍍鎳和 SiCp表面預氧化,采用無壓滲透的方法制備相應的SiCp/Al復合材料。采用立體視頻顯微鏡,TG-DTA/DSC、SEM、EDS和XRD等測試方法研究了SiCp表面鍍銅、SiCp表面鍍鎳和SiCp表面預氧化表面鍍層及制備出的復合材料的微觀結構、界面處形貌、元素組成及物相構成;用激光導熱儀測試了SiCp/Al復合材料

2、的熱導率。
　　研究結果表明:對pH值、鍍液溫度和主鹽濃度三個對SiCp表面鍍層起主要影響的參數(shù)進行了研究,同時研究了采用不同種類對化學鍍銅的影響,結果顯示對于化學鍍銅在pH值為12,鍍液溫度為45℃,主鹽濃度為7.5g/l,絡合劑采用雙絡合劑分別為酒石酸鉀鈉10g/l和EDTA5g/l時,鍍銅層和基體顆粒結合緊密,顆粒完全被銅包裹,鍍層厚度約為4-5μm,經(jīng)熱震實驗后,結果顯示其鍍層僅有少量脫落,鍍層整體結合緊密且致密。同時對于

3、化學鍍鎳,結果顯示,在 pH值為4.8-5.2之間,鍍液溫度為80℃,主鹽濃度為7.5g/l時,鍍鎳層厚度為3.5-4μm完全包裹基體顆粒且包裹緊密,熱震實驗表明鍍層整體結合緊密,僅有少量鍍層脫落。分別采用了不同的預氧化時間和預氧化溫度的兩種工藝參數(shù),獲得SiCp表面生成不同的膜厚的SiO2層。SiCp初始的氧化溫度850℃,隨著預氧化溫度和時間的延長,SiCp的增重增加,其厚度也相應變大,顯示預氧化層的厚度為0.31-0.8μm。當預

4、氧化溫度超過1100℃,氧化時間超過2h時,碳化硅表面會出現(xiàn)部分的燒蝕,同時SiO2膜層也會出現(xiàn)脫落。
　　SiCp表面鍍銅制備的復合材料在過渡層處有銅,銅只在SiCp和鋁的中間過渡層存在,EDS研究發(fā)現(xiàn)界面過渡層厚度在3-3.5μm之間,銅在復合材料中的厚度可以認為是過渡層的厚度,復合材料的熱導率提高到205 W·M-1·K-1,從而使得復合材料熱導率得到較明顯的提高。通過EDS對SiCp表面鍍鎳復合材料中鎳含量的分析得到過渡層

5、的厚度大概為2.5-3μm,通過測量得出復合材料的宏觀熱導率為155 W·M-1·K-1。SiCp表面形成SiO2層和Al液反應生成復合材料的界面過渡層,過渡層為3.1-6.63μm,宏觀熱導率為179 W·M-1·K-1,隨著表面SiO2層厚度的增加,復合材料的過渡層厚度也相應的提高,當表面SiO2層的厚度超過5.9μm時,界面過渡層的厚度反而減少。過渡層的厚度和SiCp表面預氧化層的厚度有一定關系,隨著過渡層厚度的增加,其熱導率減少