快速凝固硅铝合金材料的组织与性能.pdf

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1、第3 9 卷2 0 1 0 年第9 期9 月稀有金属材料与工程R A R EM E T A LM A T E R l A L SA N DE N O n 叮E E R I N G、，o l _ 3 9 N O 9S 印吒e m b e r2 0 1 0快速凝固硅铝合金材料的组织与性能李志辉1，张永安1，熊柏青1，朱宝宏1，刘红伟1，王锋1，魏衍广1，张济山2(1 北京有色金属研究总院，北京l 0 0 0 8 8)(2 北京科技大学，北京l 0 0 0 8 3)摘要：针对电子信息工业对新型结构功能一体化电子封装材料的应用需求，采用喷射成形与热压致密化相结合的方法制备高s i 含量(质量分数为5

2、0 一7 0 S i)的系列S i A l 合金，并利用金相显微镜、扫描电镜、硬度测试仪、热膨胀仪等手段研究该材料的显微组织、力学性能和热物理性能。结果表明，喷射成形高硅铝合金的沉积态显微组织细小弥散，初生硅呈不规则形状，均匀弥散地分布在铝基体中；对沉积坯件进行适当的热压致密化处理可以有效地消减喷射成形制坯工艺过程中所形成的疏松和孔洞，提高材料的致密度。经热压致密化处理的喷射成形高硅铝合金材料具有优越的热物理性能以及良好的力学性能，是一种综合性能优越的结构功能一体化电子封装材料。关键词：快速凝固；硅铝合金：电子封装；组织；性能中图法分类号：1 G 1 3 2 1+1：T G 4 5 4文献标识

3、码：A文章编号：1 0 0 2 1 8 5 x(2 0 l O)0 9 1 6 5 9 0 5电子封装技术是伴随着微电子技术的发展而发展起来的，电子封装的主要作用是为精细电子线路提供机械支撑以及作为导电连接介质，在微电子技术的发展中占有不可或缺的重要地位【1 埘。近年来，微电子技术的迅速发展对电子封装材料的性能提出了更高的要求【3 4】。热膨胀、散热和轻量化是发展现代电子封装材料所必须考虑的3 大基本要素，理想的先进电子封装材料应该与砷化镓和硅等典型半导体材料相匹配，或具有略高的热膨胀系数(l o oW m K)和低密度(1 0 0G P a)，可以为对机械作用敏感的部件和基板提供足够的机械支

4、撑。它还应具备易于进行精密加工成形、可电镀涂装以及可焊接等其他封装工艺性能【6】。传统封装材料，如I n v 盯，K o v a r，B e O 等因其本身性能的局限性将难以满足现代电子信息工业对封装材料的高档化和高可靠性的发展需求。硅铝合金已被证明是一个综合性能满足先进电子封装要求的材料体系【7】。一般来说，硅铝合金是S i 元素含量在5 0 以上、与A 1 元素共同构成的假合金材料。含硅量较低的S i A l 合金是可以进行熔化铸造成形的，但是。在所感兴趣的成分范围内(5 0 9 0 S i)，S i A l合金铸态显微组织主要由粗大的、孤立的、多面化的和高纵横比的一次S i 晶体组成，这

5、将有害于力学性能和可加工性，难以满足电子封装的应用要求。快速凝固技术因可以形成细小、各向同性的显微组织而成为解决上述问题主要途径。近年来，有关高硅铝合金快速凝固制备技术的研究引起广泛关注【扣1 4】。本研究采用快速凝固喷射成形技术制备高s i 含量(5 0 7 0 S i)的系列S i A l 合金坯料，研究硅铝合金在整个制备加工过程中微观组织的演变规律，并系统测试评价新型喷射成形高硅铝合金的热物理性能与机械特性，旨在为电子封装用新型结构功能一体化硅铝材料的开发应用奠定实验基础和理论依据。1实验所用原料选用工业纯铝和工业纯硅(纯度大于9 9 7)，熔炼的合金为s i 4 0 A l 和S i

6、3 0 A l，喷射成形试验在真空高温喷射成形设备中进行，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，雾化气体为高纯氮气，雾化喷嘴与沉积坯件接收系统配合方式为直喷斜拉，倾斜角度为3 0 3 5 0，偏心距为2 0 4 0 m m，接收距离为5 0 0 7 0 0m m，金属熔体温度为1 6 5 1 7 0 0K，雾化气体压力控制为0 4 5 0 6M P a，导流管直径为3 8 一5m m。对喷射成形硅铝合金沉积坯件进行合适的热压致密化处理，热压试验在真空热压炉中进行，热压致密化温度为(5 7 0 士3)，压强为2 5 0M P a，热压时间为4h。收稿日期：2 0 0 9 0 9 0 7基金项目：国家“8

7、 6 3”高技术研究发展计划项目(2 0 0 7 A A 0 3 2 5 1 5)资助作者简介：李志辉，男，1 9 8 0 年生，博士，高级工程师，北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京l o 0 0 8 8，电话：0 1 0-8 2 2 4 1 1 6 l，B m i l：L z h g 血衄姗万方数据1 6 6 0 稀有金属材料与工程第3 9 卷在热压致密化后的坯料上切取试样块并机加工成各种规格的检测样品。材料的热膨胀系数在F o m a s t o r-D i g i t a l 试验机上测量。抗弯强度测试在M T S 8 1 0 型拉伸试验机上进行。硬度测试在H

8、B S 6 2 5 型数显布氏硬度仪上进行。密度测量采用排水法。材料的显微组织观察在N E O P H O T-2 型光学显微镜和C A M B R J D G E 2型扫描电镜上进行。2 结果与讨论2 1 材料微观组织图1 为采用金属模铸造得到的S i 一4 0 A l 和S i 3 0 A l 合金的金相组织。可以看出，铸造S i A l 合金中板条状初晶硅相的尺寸较大，合金各向异性非常明显，这对于材料的力学性能和加工性能非常不利；一般用于电子封装的板材厚度一般为1 5I I l m，采用铸造成形法所制备合金中的单个S i 颗粒有可能会穿透整个板厚，而且S i 颗粒易于沿择优晶体学平面生长

9、，材料易发生单方向开裂，这将使材料极难加工到表面涂装所需要的质量；此外，由于S i 颗粒尺寸较大，材料的局部C T E 和热传导率的大小取决于与芯片相接触的部位是A l 或是S i，发生大幅度不均匀变化，损害其封装性能，因此用常规铸造方法制备的S i A l 合金不可用于电子封装。图2 为喷射成形S i 4 0 A l、S i 3 0 A l 合金沉积坯件典型金相组织。由图可知，采用喷射成形制备S i 3 0 A l 合金组织细小，初生硅相为不规则形状，尺寸在1 0 4 0 岬之间，均匀弥散地分布在铝基体中，材料中有小尺寸的疏松和孔洞存在；而喷射成形S i 4 0 A l 合金初生硅相的尺寸比

10、S i 3 0 A l 合金相对细小一些，其尺寸在8 3 0 岫之间，均匀弥散地分布于合金中，材料中也有小尺寸的疏松和孔洞存在。对比分析图1 和图2 可知，喷射成形S i A l 合金组织最显著的特点是初生硅相得到显著细化，尺寸较图l金属模铸造S i A l 合金的微观组织F i g 1M i c r o s t m c t I I 佗so fS i A la l l o y sf 曲r i c a t e db ym e t a lm o u l dc a s t i n g：(a)S i-4 0 A la n d(b)S i-3 0 A l图2 喷射成形S i A l 合金沉积坯的金相组织

11、F i g 2O p t i c a lm i c r o s t m c t l l 托so ft h ea s-d e p o s i t e dS i-A la l l o y s(a)S i-4 0 A la n d(b)S i-3 0 A l小，形状不规则，其形态有近球形、近三角形、近方形及长条形等，这些不规则形状的初生硅相随机分布在铝基体中，且在局部小区域内有初生硅相彼此连接的现象。喷射成形过程中，初生硅相在较高的冷却速率下结晶，其择优生长方式受到了抑制，在沉积阶段，高速微滴撞击沉积坯件表面，把己结晶的初生硅相打碎，使之重新排列，造成初生硅相的随机取向，材料的性能是各向同性的。相比

12、而言，常规金属模铸造由于冷却速率相对较低，造成硅晶体沿着某一特定晶面择优生长，最后得到规则形状的初生硅相。图3 为喷射成形S i A l 合金深腐蚀后的S E M 照片。由图可知，初生硅相尺寸较小，形状不规则，随机取向。S i 3 0 A l 合金内初生硅相和S i 4 0 A l 合金内初生硅相相比，尺寸略大，但形态几乎是一致的，这说明二者的凝固过程和机制是相同的。合金内的初生硅相大致可以分成两类：一类是尺寸较大但形状不规则的长块状初生硅相；另一类是尺寸较小且形状更不规则(包括近球形、近三角形、近方形及多边形等)的初生硅相。尺寸较大的初生硅相在小区域内互相连结在一起，形成小范围内的连续性“骨

13、架”。图3喷射成形S i-A l 合金深腐蚀后沉积坯的S E M 照片F i g 3S E Mi m a g e so ft h ea s d e p o s i t e dS i A la l l o y sa R e rc o 肿s i o n：(a)S i-4 0 A l 锄d(b)S i-3 0 A l万方数据第9 期李志辉等：快速凝固硅铝合金材料的组织与性能1 6 6 l 一般地，喷射成形工艺因其本身特性会造成所制备的沉积坯料中有部分尺寸不一的疏松和孔洞存在(如图2 中箭头标注所示)。测试结果表明，本研究所获得的喷射成形S i A l 合金沉积坯件的相对密度为9 4 9 8。因此，该

14、材料在最终使用之前需要进行致密化处理，以进一步提高其相对致密度。图4 为喷射成形S i A l 合金沉积坯热压致密化后的组织。可以看出，热压致密后S i A l 合金的显微组织和沉积态时的显微组织相比变化较大，热压致密化后材料内无明显的孔洞缺陷；此外，热压致密化后初生硅相和铝基体相进行重新排列，初生硅相在压力作用下聚集在一起，而铝基体相在压力作用下连接贯通。初生硅相在热压过程中一般有2 种运动方式：一种是初生硅相在压力作用下断裂并彼此分离；另一种则是初生硅相在压力作用下有互相接近并连接成一体的趋势。而铝基体相在压力下的运动方式也应有2 种：一种是铝基体相流动以填充孔洞，从而使材料达到致密；另一

15、种是铝基体相在压力作用下互相聚集与连接，而且这种聚集与连接的程度主要受到压力、温度等工艺参数所控制。此外，对比S i 4 0 A l 和S i 3 0 A l 合金热压态组织可知，两者比较相似，但是，由于S i 一4 0 A l合金铝含量较多，初生硅相尺寸变小，塑性相较多，初生硅相的转动和滑动受到周围初生硅相的约束少，材料的塑性变形变得容易，铝基体相更容易流动。因此，初生硅相颗粒本身在压力作用下不容易断裂，初生硅相颗粒之间在压力作用下分离开来。在热压致密化过程中，初生硅相颗粒重新排列，断开的初生硅相在小范围内聚合在一起，在聚合体周围是铝基体，铝基体相之间互相连通并包围了聚合在一起的初生硅相。测

16、试结果表明，经相同热压致密化工艺处理的S i 一4 0 A l 和S i 3 0 A l 合金的相对密度均可达到9 9 以上，这表明材料致密化效果较好，前面组织观察结果也证实了这一点。图4 喷射成形S i A l 合金沉积坯热压致密化的组织F i g 4M i c s t m c t u f e so ft l l ea s d e p o s i t e dS i-A la l l o y sa 舭rh o tc o m p r e s s i o：(a)S i 一4 0 A la n d(b)s i 一3 0 A l2 2 热物理与力学性能纯铝的热膨胀系数高达2 3 6 l O 撕K 1，

17、而纯硅的热膨胀系数仅为(2 8 7 2)l O。6K 1，因此高硅铝合金材料的低膨胀特性主要取决于硅的贡献，且随着硅含量的变化合金的热膨胀系数连续可调。快速凝固合金主要由初生硅和铝基体两相组成的，其热膨胀系数与合金中硅相的体积分数之间符合混合规则，可由式(1)计算L l：口：鱼亟刍丝丝墨三何巨+仍最式中：锄、砚分别为铝相和硅相的热膨胀系数；铆、仇分别为各相所占的体积分数，且卿+讫=1 0 0；E l、易分别为各相的弹性模量。图5 为热压致密化后喷射成形S i 3 0 A l 和S i 4 0 A l 合金的热膨胀系数随温度的变化规律。可以看出，随着温度的升高，材料的热膨胀系数增大，但是，S i

18、 一3 0 A l 合金在4 0 0 时热膨胀系数比在3 0 0 时的低，在4 0 0 5 0 0 之间其热膨胀系数(C T E)下降，s i 4 0 A l 合金在5 0 0 时热膨胀系数比在4 0 0 时的低。这是由于随着温度的升高，合金内的铝相热膨胀系数是升高的，而纯硅的热膨胀系数在3 0 0 5 0 0 之间随着温度的升高是下降的，S i 3 0 A l 合金内硅含量较高，硅的热膨胀系数对合金的热膨胀系数的影响较大，因此在4 0 0 时S i 3 0 A l 合金的热膨胀系数比在3 0 0 时的低。S i 一4 0 A l 合金内硅的含量相对较低，硅的热膨胀系数对合金的热膨胀系数的影响

19、也有所下降，在5 0 0 时其热膨胀系数比在4 0 0 时的低。图6 为热压致密化S i 3 0 A l 合金和S i 一4 0 A l 合金的热导率随温度变化规律。由图可知，在5 0 时S i 3 0 A l 合金和S i 4 0 A l 合金的热导率分别为1 1 8和1 2 7W(m K)一，随着温度的升高，不同硅含量的合金热导率单调下降。T e m p e r a t u r e 图5喷射成形s i A l 合金的熟膨胀系数与温度的变化关系F i g 5c o e m c i e n to f t l l c 咖a le x p 姐s i o f s p r a y-f b 珊e dS

20、i A la l l o y s 缸d i f f b r e n tt e m p e r a t u 旭lOO998877)Io o 一岫卜U万方数据1 6 6 2 稀有金属材料与工程第3 9 卷二、草邑乏昌T e m p e r a t 叫e 图6 喷射成形S i _ A l 合金的热导率与温度的变化关系F i g 6n e 啪a lc o n d u c t i v i t yo fs p r a y-f b 彻e dS i A la l l o y sa td i a c 他n tt c m p e r a t I l s表1 列出快速凝固硅铝合金材料热物理性能和力学性能测试结果，以

21、及其与常见电子封装材料性能的对比情况。从表中可以看出，与传统电子封装材料相比，喷射成形硅铝合金材料在具有高的热导率和低的热膨胀系数的同时，具有轻质、低密度的特性，喷射成形S i 一3 0 A l 和S i 4 0 A l 合金的密度仅分别为2 4 2 1 1 0 3 和2 4 6 5 1 0 3k g m 3。此外，从表中还可以看出，喷射成形硅铝合金还拥有良好的力学性能，S i 一3 0 A l 和S i 一4 0 A l 合金的抗弯强度分别可达1 8 0 和2 2 0M P a，S i 3 0 A l 合金的抗弯强度明显低于S i 一4 0 A l 合金是由于合金中硅含量高时脆性相(初生硅相

22、)较多而引起的：S i 3 0 A l 合金和S i 4 0 A l 合金的布氏硬度平均值分别为2 6 1 0、1 6 2 0M P a，S i 3 0 A l合金硬度较高主要是坚硬相(初生硅相)增多对硬度提高的贡献。综上可知，喷射成形高硅铝合金在满足现代电子封装材料的低热膨胀、散热快和轻量化3 大要素的前提下，具备了对机械作用敏感的部件和基板提供足够的机械支撑的机械特性，是一种综合性能优越的电子封装材料。表1各种常规封装材料与本研究材料的热物理及机械性能对比T h b l elC 0 m p a r i s O nO ft h e r m a I p h y s i c a I 丑n dm

23、e c h a n i c a Ip r o p e r t i e sa m O n gt h ea U O y si nt h ep r e o e n t 毫t u d y 量n dO t n e rC O n v e n t l O n a Ip a c k a 2 I n gm a t e r l a I ssc 三嚣ym 絮篙“。端，H 蔫?絮叫3 结论1)喷射成形高硅铝合金沉积坯件显微组织细小弥散，初生硅相为不规则形状，均匀弥散地分布在铝基体中。2)喷射成形硅铝合金沉积坯件中有小尺寸的疏松和孔洞，沉积坯件的相对密度为9 4 9 8，对其进行合适的热压致密化处理可有效地消减疏松和孔

24、洞，热压后材料的相对密度可达到9 9 以上。3)喷射成形S i 3 0 A l 和S i 一4 0 A l 合金在具有低热膨胀系数、高热导率和低密度特性的同时，拥有良好的力学性能，是一种综合性能优越的结构功能一体化电子封装材料。参考文献R e f e 代n c e I【l】Y 抽gF a n w 朗(阳范文)，z h Y a o m i n g(赵耀明)&忉f c D 刀出c f D r 历加，巩口f f D n(半导体情报)【J】，2 0 0 l，3 8(4)：1 5【2】(h oS h 如g t 彻g(高尚通)，B iK e y l l n(毕克允)研 一如c 细r坳m 口咖拧(半导体情报

25、)啊，1 9 9 8，3 5(2)：9【3】H u a n gQ i 加g(黄强)，G uM i n g 舢l(顾明元)，J i nY a n p i n g(金燕萍)如，P，f 口红足卯f 州材料导报)J】，2 0 0 0，1 4(9)：2 8【4】Z h 锄gC h 钮(张臣)，S h e nN 钮g j u e(沈能珏)d 阳拧c 耐万方数据第9 期李志辉等：快速凝固硅铝合金材料的组织与性能朋-口把，脚砌加乃新材料产业)【J】，2 0 0 3，1 1 2(3)：5【5】z h 她gJ i s h 加(张济山)胁跎r 触胄P，j P，(材料导报)【J】，2 0 0 2，6(1)：l【6】S

26、 a n g h aSPS，J a c o b s o mDM，J u n a iA Ae f 口，f 砌励材聊口，【J】，1 9 9 7，l l：1 9 5【7】J a c o b s o nDM，s a n g h aSPS 施c m P 胁f m 一砌玎【J】，1 9 9 8，1 5(3)：1 7 8】J a c o b s o nDM P 口砒，胁细池蜀佣，2 0 0 0，4 3(3)：2 0 0 9】J a c o b s DM 彳咖 缸册跏c 甜s【J】，2 0 0 0，3：3 6【l O】C h 蛐M e i y i n g(陈美英)工岫c f D，口，D 汹P，I 细f f D

27、 厅(博士论文)【D】B e i j i n g：U n i v e 幅时o fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g 2 0 0 3【l l】z h 锄gY b n g a n(张永安)，L i uH o n g w e i(刘红伟)，Z h uB a o h o n g(朱宝宏)甜甜砌PC 而f 肝钉P 乃材m 甜D 厂D，咖，m 埘朋r P 细妇(中国有色金属学报)【J】，2 0 0 4，1 4(1)：2 3【1 2】Y a n gP e i y o n g(杨培勇)，z h e n gZ i q i a o(郑子樵)，C a

28、 iY 妇g(蔡杨)甜口，尺州肘叠胁b(稀有金属)【J】，2 0 0 4，2 8(1)：1 6 0【1 3】G e 瑚蚰RM，H 朗sKF，J o h I l s o nJL 翮绷口f f D 疗口，-，乃w 枷胁细盯明，l9 9 4，3 0(2)：2 0 5【1 4】w a n gF x i gBQ，Z h 柚gYA“耐施f 盯C 矗口厂【J】，2 0 0 8，5 9(1 0)：1 4 5 5【1 5】T i a nS h i(田莳)胁艟一口妇脚s i c 口ZP r 叩P f 甜(材料物理性能)【M】B e i j i n g：B e i h 柚gU n i v e r s 毋P r e

29、s s，2 0 0 lM i c r o s t r u c t u r ea n dP r O p e r t i e sO fR a p i d l yS o l i d i 6 e dS i l i c o n A l u m i n u mA l l o yM a t e r i a l sL iZ h i h u i l，Z h 锄gY o n g 锄1，X i o n gB a i q i n 9 1，Z h uB a o h o n 9 1，L i uH o n g w e i l，W 舳gF e n 9 1，W 萌Y a n g l I a n 9 1，z h a n gJ i

30、 s h a n 2(1 G 锄e r a lR e s e 甜c hI n s t i t I n ef 缸N f e r r o u sM e 协l s，B e i j i n gl O 0 0 8 8，C h i n a)(2 U n i v e r s 姆o fs c i e n c e 锄dT e c l l n o l o g yB e i j i n g，B e i j i n gl 0 0 0 8 3，C h i n a)A b s 订-c t：A c c o r d i n gt 0t l l ea p p l i c a t i o nd e m a n do fn o v

31、 e li n t e g r a t e ds 仉l c t l l m l n m c t i o n a lm a t e r i a l sf o re l e c t r D n i cp a c k a g i n gi ne l e c t r o n i ci n f o m a t i 帆i n d u g t f y，h i g h-B i l i c 蛐a l 啪i n 哪a l l o y s(5 0-7 0 S i，m 勰B 丘a c _ t i o n)w e 他f 曲r i c a t e db yac o m b i n a t i o nm e t h o d

32、o fs p r a yf o r m i n ga n dh o tc o m p 托s s i o n T h em i c r o s n l l c t l l r e，t h e r 眦l p h y s i c a l 蛐dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw e”s t l l d i e db yo p t i c a lm i c r o s c o p y，s c 蚰n i n ge l e c 仃o n i cm i c r o s c o p y h a r d n e s sm e t e r 姐dF o 衄a s t o r

33、-D i g i t a le q u i p m e n t T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea s-d e p o s i t e dm i c r o s t m c t I l o ft h es p r a y-f o m e dh i g h 一8 i l i c o na l u m i n u ma l l o yi sf i n ea n dd i 印e r s i v e，a n dt h ep r i m a r ys i l i c o np h a 8 e sw h i c h 盯ci r r e g u l 盯d i s t

34、 r i b u t eh 饼n o g e n o u s l yi nt h e“岫i n 啪m a t r 奴T h e 印p r o p r i a t eh o tc o m p r e s s i o np r o c e s so f 也e 勰-d e p o s 沁dp r e f o 恤c a ne l i m i n a 钯b 勰i c“l y 也ep o r o s i t i e sg e n e r a t e db ys p a 哆一f o 加i n gp r o c e s st oi m p r 0 V et h e 佗l a t i V ed e n s i

35、t yo ft h ea l l o y T h es p r a y f o n I I e ds i l i c o na l u m i n u ma l l o y sw i t hh o tc o m p s s i p f o c e 8 se】【h i b i te x c e l l e n tt h e m a l-p h y s i c a lp r o p e r t i c s 雒dg o o dm e c h 觚i c a lp e r f 0 姗粕c e，w h i c hi san e wf 抽i l yo fi n t e 掣a t e ds t m c t I

36、 l r a l 一如n c t i o n a Im a t e r i a l sf o re l e c t r o n i cp a c k a g i n g 鬣沁yw o r d 暑：忸p i ds o l i d i f i c a t i o n；s i l i c o n-a l u m i n 岫a l l o y s；e l e c t r o n i cp a c l【a g i n g；m i c r o s t r I l m u r e；p r o p e r t i e sC o r 他s p o n d i n ga u t l l o r：L iZ h i

37、h u i，P h D，S 锄i o rE n g i n e e r S t a t eK e yL a b o m t o r yf o rF a b r i c a t i o n 加dP r o c e s s i n go fN o n f e n D u sM e t a l s，G e n e r a lR e s e a r c hI I l s t i t l l t ef o rN o n f e 仃o u sM c t a l s，B e i j i n g1 0 0 0 8 8，P R C h i n a，T e l：0 0 8 6 l O-8 2 2 4 1 1 6

38、l，E m i l：L z h g r i n m c o m万方数据快速凝固硅铝合金材料的组织与性能快速凝固硅铝合金材料的组织与性能作者：李志辉，张永安，熊柏青，朱宝宏，刘红伟，王锋，魏衍广，张济山，Li Zhihui，Zhang Yongan，Xiong Baiqing，Zhu Baohong，Liu Hongwei，Wang Feng，WeiYanguang，Zhang Jishan作者单位：李志辉,张永安,熊柏青,朱宝宏,刘红伟,王锋,魏衍广,Li Zhihui,Zhang Yongan,XiongBaiqing,Zhu Baohong,Liu Hongwei,Wang Feng,We

39、i Yanguang(北京有色金属研究总院,北京,100088)，张济山,Zhang Jishan(北京科技大学,北京,100083)刊名：稀有金属材料与工程英文刊名：RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING年，卷(期)：2010，39(9)被引用次数：0次 参考文献(15条)参考文献(15条)1.Yang Fanwen(阳范文),Zhao Yaoming(赵耀明).Semiconductor Information(半导体情报)J,2001,38(4):152.Gao Shangtong(高尚通),Bi Keyun(毕克允).Semiconductor Inf

40、ormation(半导体情报)J,1998,35(2):93.Huang Qiang(黄强),Gu Mingyuan(顾明元),Jin Yanping(金燕萍).Materials Review(材料导报)J,2000,14(9):284.Zhang Chen(张臣),Shen Nengjue(沈能珏).AdvancedMaterial Industry(新材料产业)J,2003,112(3):55.Zhang Jishan(张济山).Materials Review(材料导报)J,2002,6(1):16.Sangha S P S,Jacobsom D M,Junai A A et al.E

41、ng Sci Edu JournalJ,1997,11:1957.Jacobson D M,Sangha S P S.Microelectron IntlJ,1998,15(3):178.Jacobson D M.Powder MetallurgyJ,2000,43(3):2009.Jacobson D M.Adv Mater ProcessJ,2000,3:3610.Chen Meiying(陈美英).Doctoral Dissertation(博士论文)D.Beijing:University of Science andTechnology Beijing,200311.Zhang Yo

42、ngan(张永安),Liu Hongwei(刘红伟),Zhu Baohong(朱宝宏)et al.The Chinese Journal ofNonferrous Metals(中国有色金属学报)J,2004,14(1):2312.Vang Peiyong(将培勇),Zheng Ziqiao(郑子樵),Cai Yang(蔡杨)et al.Rare Metals(稀有金属)J,2004,28(1):16013.German R M,Hens K F,Johnson J L.International J Powder MetallJ,1994,30(2):20514.Wang F,Xiong B

43、 Q,Zhang Y A et al.Mater CharJ,2008,59(10):145515.Tian Shi(田莳).Materials Physical Properties(材料物理性能)M.Beijing:Beihang UniversityPress,2001 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 王华钰.严彪.王宇鑫.张瑜.杨颖.Wang Huayu.Yan Biao.Wang Yuxin.Zhang Yu.Yang Yin 喷射成形Al-Si系合金的研究进展-上海金属2010,32(4)采用喷射成形技术制备Al-Si系合金可以明显细化初生Si相和显微组织,得到低

44、偏析、高致密度、低含氧量且具有高性能的合金材料.主要介绍喷射成形技术的基本原理及其在Al-Si系合金的应用与研究现状,分析了目前存在的问题并提出了今后的发展方向.2.会议论文 孟瑞林.王亚平.宋晓平.丁秉钧 冷却速率对高硅铝合金凝固组织的影响 2008 本文研究了不同冷却速率下凝固的Al-50%Si、Al-60%Si、Al-70%Si合金的初生硅尺寸与形态。结果表明,冷却速率对过共晶铝硅合金的初生硅形貌有显著影响。冷速为10K/s时为粗大针状,冷速达到20K/s时为细化针状,在冷速为10103K/s范围内存在临界冷速Tc,使初生硅相的形态突变为多角状和块状.冷速达到106K/s时为超细化的晶粒

45、。利用准快速凝固铸造法制备了作为自生复合材料的高硅含量的铝硅合金进而测试了其热膨胀系数CTE,为探索高硅含量的铝硅合金新的制备方法提供了思路。3.会议论文 沈军.李庆春 高性能快速凝固铝合多材料在汽车在的应用 1998 该文介绍了快速凝固技术的特点及在高硅铝合金中的应用潜力，综述了快速凝固高硅铝合金的制取方法及研究现状，扼要总结了快速凝固高硅铝全金在汽车结构中的应用，最后提出这一领域研究中存在的问题及发展前景。4.期刊论文 俞佳.姚继蓬.郦剑.YU Jia.YAO Ji-peng.LI Jian 快速凝固/粉末冶金高硅铝合金的研究进展-热处理技术与装备2008,29(2)利用快速凝固/粉末冶金

46、技术制备过共晶Al-Si合金可大幅度提高合金性能,该类合金在汽车、航空航天和电子工业等诸多行业中具有广泛的应用前景.本文主要对快速凝固/粉末冶金高硅铝合金材料的成分、组织结构特点,制备工艺,性能及应用进行了综合评述.5.学位论文 梁红玉 微纳米晶高Si铝合金材料制备工艺及组织形成机理研究 2006 为了大幅度提高汽车、赛车等的使用性能，对其核心部件-发动机功率密度及自重的要求越来越高。我国几代汽车技术的发展，伴随着发动机功率成倍增长的同时，发动机的体积和重量也越来越大，由此产生了严重的结构超重问题，致使发动机的性能受到影响，成为制约汽车工业发展的关键因素之一。采用新的高性能材料制造发动机零部件

47、，减轻发动机运动部件质量和传动阻力等是提高发动机性能的有效途径。铝硅合金作为耐磨材料，在机械工业中得到了广泛应用。特别是含硅量在18-26wt的过共晶铝硅合金具有密度小、热膨胀系数低、导热性好、足够的高温强度和耐磨性等特点，是理想的发动机轻质耐磨材料。但是，采用普通铸造工艺生产过共晶铝硅合金时，粗大的硅相严重割裂了基体的连续性，使合金的强度、韧性显著下降。当硅量超过14wt时，即使变质处理也很难消除硅相的不利影响。随着现代工业的发展，尤其是汽车、航空、航天工业的特殊需要，要求铝硅合金进一步提高耐磨性、耐热性，并大幅度降低线收缩率及密度。在合金成分上表现为高硅含量及合金化。显然，常规的合金材料及

48、铸造工艺远远不能满足要求。近几年研制开发的快速凝固新材料为航空、航天工业用高性能材料开辟了一条新路。本文应用快速凝固粉末冶金法(RS/PM)制各了高耐磨超低膨胀系数高硅铝合金材料，对其进行了系统的分析研究，取得了规律性认识，并应用该材料试制了大功率发动机缸套，得到了具有实用价值的研究成果。论文自行设计制造了雾化制粉实验装置，以此为基础研究各种工艺参数对粉末材料特性的影响规律，雾化正交实验及验证实验结果表明：各种雾化工艺参数对合金雾化效果有很大影响：喷嘴间隙6是影响雾化效果的显著因子，气体流量Q是影响雾化效果的第二显著因子，金属液过热度为非显著因子；实验得到最佳喷嘴间隙取=0.55mm，较佳的气

49、体流量Q为34 m/h，陶瓷管内径值为6.4 mm，最佳喷嘴角度为25，金属液过热度100。论文以群体动力学模型为基础，在充分考虑合金的热物性参数，过饱和度以及第二相形核率变化的条件下，提出了一个描述雾化过共晶A1Si合金液滴快速凝固过程中组织演变的数学模型，并将其与液滴的运动方程与传热方程相耦合，对雾化合金液滴的冷却凝固过程进行模拟分析，并通过实验进行了验证。结果表明：随着合金液滴尺寸的减小，平均冷却速度增加，当熔滴尺寸足够小时，熔滴温度的变化趋势及合金液滴的组织将发生突变，过共晶A1Si合金液滴发生亚稳共晶组织转变的临界尺寸为：d=6.Nu.K(T,x)-t)/.Ldf/dt；增加雾化气体

50、的初速度，降低熔体过热度，会使初生相的析出受到抑制，有利于得到亚稳组织。论文在快速枝晶及共晶生长理论模型基础上，充分考虑了过冷熔体中等轴凝固的生长特性，借用最高界面生长温度判据，建立了共晶合金等轴凝固界面响应函数模型：IRF(v)=max(T(v),T(v)；通过该模型分析了Al-Si合金系快速等轴凝固过程中的组织竞争生长，绘制了非平衡组织选择图，研究表明：在快速等轴凝固过程中，Al-Si系合金存在着相、Si相及(+Si)共晶组织三个生长区，当Si的含量介于12至25之间时，将会出现相及(+Si)共晶两种亚稳组织，当Si含量大于25或者小于12时，只可能形成亚稳的(+Si)共晶组织；计算结果与