SiCp表面改性及其Al基復(fù)合材料界面和宏觀熱導(dǎo)率研究.pdf

1、本文以SiCp表面改性結(jié)合無壓浸滲工藝制備了SiCp/Al復(fù)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(yù)氧化,采用無壓滲透的方法制備相應(yīng)的SiCp/Al復(fù)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(yù)氧化表面鍍層及制備出的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、界面處形貌、元素組成及物相構(gòu)成;用激光導(dǎo)熱儀測試了SiCp/Al復(fù)合材料

2、的熱導(dǎo)率。
　　研究結(jié)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(jìn)行了研究,同時研究了采用不同種類對化學(xué)鍍銅的影響,結(jié)果顯示對于化學(xué)鍍銅在pH值為12,鍍液溫度為45℃,主鹽濃度為7.5g/l,絡(luò)合劑采用雙絡(luò)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(jié)合緊密,顆粒完全被銅包裹,鍍層厚度約為4-5μm,經(jīng)熱震實(shí)驗(yàn)后,結(jié)果顯示其鍍層僅有少量脫落,鍍層整體結(jié)合緊密且致密。同時對于

3、化學(xué)鍍鎳,結(jié)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(shí)驗(yàn)表明鍍層整體結(jié)合緊密,僅有少量鍍層脫落。分別采用了不同的預(yù)氧化時間和預(yù)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(yù)氧化溫度和時間的延長,SiCp的增重增加,其厚度也相應(yīng)變大,顯示預(yù)氧化層的厚度為0.31-0.8μm。當(dāng)預(yù)

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(fù)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(fù)合材料中的厚度可以認(rèn)為是過渡層的厚度,復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提高到205 W·M-1·K-1,從而使得復(fù)合材料熱導(dǎo)率得到較明顯的提高。通過EDS對SiCp表面鍍鎳復(fù)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(fù)合材料的宏觀熱導(dǎo)率為155 W·M-1·K-1。SiCp表面形成SiO2層和Al液反應(yīng)生成復(fù)合材料的界面過渡層,過渡層為3.1-6.63μm,宏觀熱導(dǎo)率為179 W·M-1·K-1,隨著表面SiO2層厚度的增加,復(fù)合材料的過渡層厚度也相應(yīng)的提高,當(dāng)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(yù)氧化層的厚度有一定關(guān)系,隨著過渡層厚度的增加,其熱導(dǎo)率減少