界面改性对SiCp／Cu复合材料热物理性能的影响

　

第４４卷

２０１６年８月

　

第８期

第１１－１６页

材　料　工　程

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ｖｏｌ．４４

Ａｕｇ．２０１６　

Ｎｏ．８

ｐｐ．１１－１６界面改性对ＳｉＣｐ／Ｃｕ复合材料

热物理性能的影响

ＥｆｆｅｃｔｏｆＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＭｏｄｉｆｙｉｎｇｏｎＴｈｅｒｍｏ‐

ｐｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｉＣｐ／ＣｕＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

刘　猛，白书欣，李　顺，赵　恂，熊德赣

（国防科学技术大学材料科学与工程系，长沙４１００７３）

ＬＩＵＭｅｎｇ，ＢＡＩＳｈｕ‐ｘｉｎ，ＬＩＳｈｕｎ，ＺＨＡＯＸｕｎ，ＸＩＯＮＧＤｅ‐ｇａｎ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｔｉｏｎａｌ

ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）

摘要：采用热压烧结法成功制备ＳｉＣｐ／Ｃｕ复合材料。采用溶胶‐凝胶工艺在ＳｉＣ颗粒表面制备Ｍｏ涂层，研究Ｍｏ界面阻挡层对复合材料热物理性能的影响。结果表明：过氧钼酸溶胶‐凝胶体系能够在ＳｉＣ颗粒表面包覆连续性、均匀性较好的ＭｏＯ３涂层，最佳工艺配比为ＳｉＣ∶ＭｏＯ３＝５∶１（质量比）、过氧化氢∶乙醇＝１∶１（体积比），ＳｉＣ表面丙酮和氢氟酸预清洗处理有利于ＭｏＯ３涂层的沉积生长。ＭｏＯ３在５４０℃第一步氢气还原后转变为ＭｏＯ２，ＭｏＯ２在９４０℃第二步氢气还原后完全转变为Ｍｏ，Ｍｏ涂层包覆致密完整。热压烧结ＳｉＣｐ／Ｃｕ复合材料微观组织致密均匀，且相比原始ＳｉＣ颗粒增强的ＳｉＣｐ／Ｃｕ，经溶胶‐凝胶法界面改性处理的ＳｉＣｐ／Ｃｕ复合材料热导率明显提高，ＳｉＣ体积分数约为５０％时，ＳｉＣｐ／Ｃｕ复合材料热导率达到２１４．１６Ｗ?ｍ－１?Ｋ－１。

关键词：溶胶‐凝胶；表面改性；Ｍｏ涂层；ＳｉＣｐ／Ｃｕ；热压烧结；热导率

ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１‐４３８１．２０１６．０８．００２

中图分类号：ＴＢ３３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１‐４３８１（２０１６）０８‐００１１‐０６

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｉＣｐ／Ｃｕｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｖａｃｕｕｍｈｏｔ‐ｐｒｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｍｏｌｙｂｄｅ‐ｎｕｍｃｏａｔｉｎｇｗａｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｂｙｓｏｌ‐ｇｅｌｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒ‐ｆａｃｉａｌｄｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅｒｍｏ‐ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｉＣｐ／Ｃｕｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｕｎｉｆｏｒｍＭｏＯ３ｃｏａｔｉｎｇｃａｎｂｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｂｙｐｅｒ‐ｏｘｏｍｏｌｙｂｄｉｃａｃｉｄｓｏｌ‐ｇｅｌｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ＳｉＣ∶ＭｏＯ３＝５∶１（ｍａｓｓｒａｔｉｏ），Ｈ２Ｏ２∶Ｃ２Ｈ５ＯＨ＝１∶１（ｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏ），ａｎｄｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈａｃｅｔｏｎｅａｎｄｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃａｃｉｄｉｓｇｏｏｄｔｏｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｗｔｈｏｆＭｏＯ３ｃｏａｔｉｎｇ．Ａｆｔｅｒｈｙｄｒｏｇｅｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｔ５４０℃ｆｏｒ９０ｍｉｎｔｈｅＭｏＯ３ｉｓｃｈａｎｇｅｄｉｎｔｏＭｏＯ２，ａｎｄｔｈｅｎｈｙｄｒｏｇｅｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｔ９４０℃ｆｏｒ９０ｍｉｎｔｈｅＭｏＯ２ｉｓｃｈａｎｇｅｄｉｎｔｏＭｏａｂｓｏｌｕｔｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅＭｏｃｏａｔｉｎｇｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｕｎｉｆｏｒｍ．ＳｉＣｐ／Ｃｕｃｏｍｐｏｓ‐ｉｔｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｖａｃｕｕｍｈｏｔ‐ｐｒｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｈｏｗａｃｏｍｐａｃｔａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙａｆｔｅｒｔｈｅＭｏｃｏａｔｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｍｏｄｉｆｉｃａ‐ｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｒｅａｃｈ２１４．１６Ｗ?ｍ－１?Ｋ－１ｗｈｅｎｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｉｓａｂｏｕｔ５０％．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌ‐ｇｅｌ；ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；Ｍｏｃｏａｔｉｎｇ；ＳｉＣｐ／Ｃｕ；ｈｏｔ‐ｐｒｅｓｓｉｎｇｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃ‐ｔｉｖｉｔｙ

ＳｉＣ颗粒具有热导率高、热膨胀系数低、硬度高及耐磨性能优异等一系列特性，是金属基复合材料中的一种重要的增强相。纯Ｃｕ具有比纯Ａｌ更高的热导率（室温时分别为４０１Ｗ?ｍ－１?Ｋ－１和２３７Ｗ?ｍ－１?

Ｋ－１）、更高的熔点（分别为１３５７．６Ｋ和９３３畅２５Ｋ）和更低的热膨胀系数（分别为１６．５×１０－６Ｋ－１和２３．０３×１０－６Ｋ－１）［１，２］。因此，ＳｉＣ颗粒增强Ｃｕ基复合材料（ＳｉＣｐ／Ｃｕ）有望将Ｃｕ基体的高热传导性与ＳｉＣ增强相的低热膨胀系数结合起来，并且通过控制ＳｉＣ的体积分数、粒径和材料的制备工艺等来实现复合材料热物理性能的设计，此外，它与ＣｕＡｇ基钎料有很好的相容性，是一种具有良好应用前景的电子封装材料［３，４］。但是，目前ＳｉＣｐ／Ｃｕ复合材料存在的主要问题是：当

Ｃｕ基体与增强相ＳｉＣ在８５０℃以上直接接触时，两者