高溫下Mn對SiC-Cu界面反應和無壓熔滲的影響.pdf

1、SiCp/Cu復合材料理論上具有導熱高、熱膨脹率低、強度較高等優(yōu)異的綜合性能，吸引了國內(nèi)外材料研究者的目光，被認為是新一代電子封裝和電工材料。相比于其它制備工藝，無壓熔滲工藝能夠近凈成形且設(shè)備成本低。目前SiC/Al復合材料的無壓熔滲制備及加工工藝已經(jīng)比較成熟，但是對于SiC/Cu的無壓熔滲工藝的研究報告很少。SiC/Cu復合材料研究遇到的困難是Cu與SiC的潤濕性極差，Cu的熔點較高和界面結(jié)合問題。
　　本文研究了在氮氣中和12

2、60℃-1350℃溫度下，添加金屬Mn粉對SiC/Cu復合材料的界面反應和熔滲的影響。主要為:
　　(1)設(shè)計研究了SiC/Mn、SiO2/Mn兩個二元體系反應和SiC/Cu/Mn三元體系反應。分別將SiC粉和Mn粉，SiO2粉和Mn粉，SiC粉和Cu、Mn粉混合后在氮氣中和1260℃～1350℃溫度下進行反應，通過對反應生成物的宏觀照片、XRD和SEM等測試，分析反應過程中的生成物相及其微觀形貌。Mn和SiC在N2中發(fā)生反應，在

3、SiC表面生成MnSiN2，促使SiC分解，且隨溫度升高而加劇。生成的Si3N4和石墨C在1250℃很少，隨著溫度升至1350℃而大幅度增加，使得MnSiN2相的相對含量減少。Mn使得SiO2在1250℃N2氣氛中反應生成低熔點的玻璃態(tài)硅酸鹽相。
　　SiC/Cu/Mn三元體系在1250℃N2氣氛中反應相組成除SiC和Cu外，主要為MnSiN2，另外，還有少量的Si3N4，Cu3Si和石墨C存在。當溫度升高至1350℃時，SiC分

4、解嚴重，Si3N4和石墨C大幅增加。反應比較充分，除比例不大的Cu被擠出外，不同顆粒已經(jīng)結(jié)合起來，顯示添加Mn有助于改善SiC和Cu之間的界面潤濕和結(jié)合。
　　(2)研究并評價了利用無壓熔滲工藝構(gòu)建SiC/Cu復合材料的可能性及其利弊。實驗表明，QSi3-1 Cu合金和純Cu粉都能夠在Mn助滲劑作用下在1260～1350℃實現(xiàn)對SiC骨架的無壓熔滲。QSi3-1 Cu合金較好的無壓熔滲工藝參數(shù)為1320℃×2 h，此時界面結(jié)合較好