sicltpgtcu复合材料电导特征的研究

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1、摘要S自∞l复合材料综合了Ca优良的延展性、韧性和SiC的高强度、高硬度、高模量，同时还具有很高的导热、导电性能和低的热膨胀系数，是理想的“结构一功能一体化”复合材料之一．SiaCh复合材料具有非常广阔的应用前景，可以用作航天飞机高导热机身材料、半导体元件中的电接触材料或基板材料、热交换器、耐磨片等。因此，具有结构和功能应用性的SiC／Cu复合材料已成为被广泛关注的研究焦点之一．国际上对该材料体系的研究始于1996年，分别研究了SiCdCu、SiC。／Cu、SiCp／Cu金属陶瓷复合材料的制备工艺和性能。

2、然而，大部分对SiCp／Cu复合材料的研究重点在于制备方法和界面结合以改善材料的力学性能。实际上，作为高导电性的SiCp，Cu复合材料的电性能的研究是非常重要的，但迄今还没有完善的理论和综合性能报告。本研究选用工业生产的(x-SiC颗粒(平均颗粒尺寸为10岫)，对其电导特征进行系统地研究：分别采用直接混合法、包裹法和热压烧结工艺制备了致密的，结构均匀的SiCyCu复合材料；针对高增强体含量SiC，／Cu复合材料的高致密化问题，提出了理论模型；对影响SiC-Cu界面结合的有关因素进行了探讨；分别采用XRD、

3、SEM、TEM、EDS等手段对样品进行表征。通过对SiC#Cu复合材料电学性能进行测定，了解了该复合材料的不同导电机制，为进一步开发SiCyCa复合材料在实际中的应用提供了参考。结果表明，SiC颗粒表面的Si02对其电阻率有着重要影响，即随着Si02厚度的增加，SiC颗粒的电阻率增加。SiC烧结体在225～600oC范围内表现为负TCR行为。采用直接混合法和热压烧结工艺制备SiCdCu复合材料，其适宜的工艺参数是700口c，40MPss，10rain。复合材料界面没有明显的化学反应。复合材料的致密化是通过

4、软化的铜在烧结压力下的塑性交形来实现的。复合材料电阻率随SiC含量的增加而增大，渗滤阙值(percolationthreshold)发生在sic,含量大约55vol％处．随着SiG含量的增加，复合材料具有两种电导模型：在室温到6000c温度范围内，含有20v01％～65v01％SiC颗粒的SiCdCu复合材料郑州大学博士学位论文的电阻率随温度的变化，表现为不同的电导特征．含有20v01％～35v01％SiC颗粒的SiCa,／Cu复合材料的电阻率随温度的升高而线性增加，表现为金属(铜)的电导特征。含有50v

5、01％、65voi％SiC颗粒的SiCp／Cu复合材料的电阻率随温度的的升高明显偏离线性增加关系。包裹法制得的复合材料具有与直接混合法相同的电性能，但具有比直接混合法更好的力学性能。包裹法制备的Cu包sic复合粉体，SiC表面包裹的Cu实际上是平均粒径47nm的纳米晶铜粉，基体Cu强度和硬度的提高，是包裹法制备的复合材料比直接混合法具有较高力学性能的主要原因。对高增强体含量sic—Cu复合材料的高致密化问题。采用尺寸比为10：1的两种SiC颗粒，在适当的配比下可制得高致密度的SiCp／Cu复合材料。由原始

6、态和酸洗态SiC颗粒制得的复合材料具有大致相同的界面结构，因此表现出相同的高温导电行为。由氧化态SiC颗粒制得的复合材料界面处存在非晶(玻璃相)，玻璃相界面处的空间电荷积累导致SiCp，Cu复合材料高温高电导率行为。空间电荷起始温度大约在225℃，电阻率降低(偏离线性关系)最大值出现在4000C，可以认为是电导率剧烈增大的临界温度。关键词：SiC—Cu复合材料，热压，电性能，界面nSiC／Cucompositescombineboththesuperiorductililyandtoughnessofco

7、pperandthehighstrength,hardnessandhighmodulusofSiC．Theseadvancedmaterialsalsoexhibithighthermal，electricalconductivityandlowCTE．SiC／Cucompositeshowsextensiveapplicationsinmanyindustrialfields．Itisoneoftheexpected“SUUCtuI啦-functional"composites．Itcanbeused

8、inthe越和曙l瑚∞vehicles，electriccontactmaterialsinsemi-conductivedevices，heatexchangers,abrasiveplates,etc．SiC／Cacompositeshavereceivedconsiderableattentionsfortheirmechanicalandfunctionalapplications．NoopenliteratureWa