《以超重力熔鑄新技術製備W/Cu熱沉材料的研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由陳義祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：以超重力熔鑄新技術製備W/Cu熱沉材料的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳義祥
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題旨在建立一種製備W/Cu熱沉材料的超重力熔鑄新技術，即在超重力場中，實現燃燒合成技術與快速凝固技術的集成，通過熔融鑄造方式製備出成分和結構可控的W/Cu熱沉材料。揭示納米鋁熱劑組份設計及超重力係數對靜態和動態燃燒合成反應過程的影響規律，以及製備工藝參數對產物結構及熱學性能、力學性能的影響規律，結合過程模擬仿真結果，闡明超重力場與液-固相變耦合方式下W/Cu產物的微結構形成機制。最終通過組份設計與工藝最佳化，製備出相對密度大於98％、熱導率大於180 W/(moK)、線性熱膨脹係數小於 7×10-6 /K的W/Cu材料，使之滿足高熱流密度晶片對新型熱沉材料的性能要求。並由此拓展W/Cu熱沉材料的製備技術手段，形成一種具有自主智慧財產權的W/Cu熱沉材料的製備新技術。
結題摘要
晶片的散熱問題已成為制約晶片發展的技術瓶頸，高性能熱沉材料的獲得將為晶片散熱問題的解決帶來福音。W/Cu 複合材料是一種公認的理想的熱沉材料。然而，由於傳統W/Cu材料的製備多是基於燒結技術，導致產物存在緻密化程度低、微觀組織不均勻、成分受限制等一系列問題，使得W/Cu材料的性能潛力遠未得到充分的發揮。本項目建立並發展了一種製備W/Cu熱沉材料的超重力熔鑄和熔滲新技術，即在超重力場中，實現燃燒合成技術與快速凝固技術的集成，通過熔融和熔滲鑄造方式製備出成分和結構可控的W/Cu熱沉材料。主要研究結果如下：1.通過對不同鋁熱體系絕熱溫度計算機數值進行計算分析，揭示了納米鋁熱劑的組分設計(Al/CuO/W/稀釋劑, Al/WO3 /Cu/稀釋劑)對反應合成過程特徵以及產物相組成的影響規律，研究了影響燃燒速度以及鋁熱反應完全程度的關鍵工藝參數，獲得了最佳化鋁熱劑組分及超重力熔滲工藝製備參數。2.對材料製備工藝-顯微結構-性能間相互影響規律的系統研究表明：超重力熔鑄（熔滲）製備的W/Cu合金的微觀組織與傳統燒結製備的W/Cu合金相同，成分、組織沿超重力方向梯度分布；製備出抗彎強度較傳統方法高200 MPa，熱導率接近該組分的理論值270 W/(m K)，相對密度大於98 ％的W/Cu材料。3.結合建立的超重力熔滲過程中熔體凝固溫度場、應力場有限元模擬仿真模型，闡明了超重力場與液- 固相變耦合方式下W/Cu 產物的微結構形成機制。研究發現：在超重力熔滲製備W/Cu材料成型過程中，高溫低黏度銅溶液快速填充了鎢顆粒壓塊內孔隙，形成非平衡結晶條件，成型過程中冷卻速度極高（大於100000 ℃/s），產生較大應力，鎢顆粒表面由於應力（大於5 GPa）較大而發生爆裂鈍化，這將有利於提高W/Cu的燒結能力與質量。
