《輕質、高導熱AlN/CBC複合材料的結構最佳化及金屬化機理研究》是依託哈爾濱理工大學，由何秀蘭擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：輕質、高導熱AlN/CBC複合材料的結構最佳化及金屬化機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：何秀蘭
- 依託單位：哈爾濱理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微電子技術行業器件的微型化及密集化發展趨勢，要求其散熱器件具有高導熱、輕質、耐蝕等特點。氮化鋁增強碳複合材料(AlN/CBC)，兼具兩者的優點，在微電子領域具有潛在的套用價值。複合材料合理的顯微組織結構是獲得高導熱性能的前提，表面金屬化實現與其它材料連線是將其引入微電子技術行業的關鍵。本項目採用凝膠注模及無壓燒結方法，製備AlN/CBC複合材料。通過組分調整與工藝最佳化，進行複合材料的顯微組織結構設計，研究複合材料的導熱機理。利用複合材料的特點，篩選合適的金屬材料體系，分別採用高熔點金屬法與活性金屬法，通過形成適當的反應層，獲得適中的金屬化層接合強度，實現複合材料的金屬化，研究金屬化層的形成機理。本項目的研究可以為具有優異導熱性能的散熱器件用陶瓷材料的製備及金屬化提供科學依據。
結題摘要
氮化鋁增強碳複合材料（AlN/CBC）具有輕質、高導熱及耐蝕等性能特點，可滿足微電子行業的散熱器件微型化及密集化的發展趨勢，複合材料的顯微結構最佳化及表面金屬化是其獲得廣泛套用的關鍵。項目首先採用硬脂酸及吐溫80對AlN粉體進行了表面抗水化處理，研究了硬脂酸的改性機理。硬脂酸在AlN表面形成一層保護膜，吐溫80可以提高粉末在水中的潤濕性、分散性及懸浮性，二者有效提高AlN抗水解能力。以表面改性AlN粉及C粉為原料，Y2O3+CaF2為複合燒結助劑，利用凝膠注模及無壓燒結方法，製備了AlN陶瓷及AlN/CBC複合材料。對環保型凝膠體系進行了探索，研究了不同凝膠體系的漿料流變性及固化機理。相比於殼聚糖及明膠體系，採用瓊脂糖體系製備的AlN/CBC複合材料性能相對較高。以瓊脂糖為凝膠體系，通過組分調整與工藝最佳化，進行AlN/CBC複合材料的顯微組織結構設計，探討了燒結溫度、原料比例及燒結助劑含量對複合材料熱學、力學性能及顯微組織結構的影響規律，研究了燒結助劑的作用機理、複合材料的緻密化機理及導熱機制。Y2O3+CaF2複合燒結助劑可降低燒結溫度，促進複合材料的緻密化進程。燒結溫度升高、燒結助劑含量適中、C加入比例減少有利於複合材料的緻密度及導熱性能升高。複合材料內部的氣孔、晶間相含量、位錯、AlN與C之間的界面結構、AlN晶粒大小等因素對複合材料的熱導率有較大影響。採用凝膠注模及無壓燒結法製備的AlN/CBC複合材料力學性能略低以及W粉的燒結活性差，致使在後期進行複合材料的金屬化時，存在困難。採用高熔點金屬法進行複合材料的表面金屬化過程中，燒結工藝的最佳化、在W粉中摻入過渡金屬元素以提高W粉的燒結活性是實現AlN/CBC複合材料的表面金屬化的關鍵。
