《高導熱Diamond/SiC複合材料近終形成形的基礎研究》是依託北京科技大學，由何新波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高導熱Diamond/SiC複合材料近終形成形的基礎研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：何新波
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金剛石顆粒增強碳化矽複合材料（Diamond/SiC）因其具有高導熱、高強度、低熱膨脹係數和低密度等特點，是高性能電子裝備用最有發展前景的新一代封裝材料之一。本項目針對Diamond/SiC複合材料難複合和難加工成形等問題，以建立高性能Diamond/SiC複合材料零件的粉末注射成形－氣相矽反應滲透近終形成形技術為目標。通過研究複合材料界面行為和高溫下金剛石顆粒的石墨化機理，探索增強界面結合、降低界面熱阻和抑制金剛石石墨化的途徑；通過金剛石顆粒注射成形流動充模規律、預成形坯孔隙演化規律以及氣相矽反應滲透過程的研究，建立金剛石預成形坯的組織與尺寸精確控制理論，揭示Diamond/SiC複合材料的緻密化機理，為發展高性能Diamond/SiC複合材料零件的近終形成形技術奠定理論和技術基礎。研究成果對於促進Diamond/SiC複合材料的套用，滿足先進武器裝備和現代電子工業發展需要具有重要意義。
結題摘要
Diamond/SiC複合材料具有熱導率極高、熱膨脹係數較低、密度低、穩定性高、工作溫度高等優點，是最有潛力的新型高性能電子封裝材料。本項目針對Diamond/SiC複合材料難複合和難加工成形等問題，以高性能Diamond/SiC複合材料零件的近終成形技術為目標，採用真空氣相反應滲矽工藝在較低的溫度和壓力下製備了性能優異的Diamond/SiC複合材料。研究了多孔基體的製備及其孔隙特性，討論了反應滲透過程以及滲透過程中的矽碳反應機理，分析了不同工藝條件下金剛石的石墨化現象，同時對複合材料的熱物理性能及力學性能進行了研究，最後對複合材料的製備工藝，特別是近淨成形工藝進行了討論，主要結論如下： 真空條件下當溫度升高到 1600℃以上時，液態矽由平面蒸發轉變為沸騰蒸發。大量的氣態矽滲入多孔基體內部的連通孔道中並逐漸液化。隨後液態矽在毛細管力的作用下向更細小的孔隙滲透並填充孔隙。合適的孔隙結構、 充足的矽源、良好的矽/碳潤濕性、反應滲透過程中的放熱以及體積膨脹效應保證了 1600℃下滲透 1 小時即可獲得幾乎全緻密的複合材料。複合材料的熱膨脹係數隨著金剛石含量增加而降低。相同含量下，金剛石粒徑越小，品級越高，複合材料的熱膨脹係數越低。金剛石含量為 30~50vol.% 時，複合材料的熱膨脹係數從2.14×10-6K-1降低到 1.81×10-6K-1。複合材料的熱導率隨著金剛石含量的增加而提高。相同含量下，金剛石粒徑大，品級越高，複合材料的熱導率越高。採用粒徑110μm單晶金剛石製備的含量約51vol.%的複合材料的熱導率可達 598W· m-1· K-1。複合材料的彎曲強度隨著金剛石含量的增加而提高。相同含量時，金剛石粒徑越小品級越低，複合材料的彎曲強度越高。含有約40vol.%粒徑30μm 金剛石破碎料的複合材料的彎曲強度達到327 MPa。 本項目為發展高性能Diamond/SiC複合材料零件的近終成形技術奠定理論和技術基礎。研究成果對於促進Diamond/SiC複合材料的套用，滿足先進武器裝備和現代電子工業發展需要具有重要意義。
