SPS烧结AlNp_Al梯度复合材料的制备及封接工艺研究.pdf

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1、硕士学位论文SPS烧结AlNp/Al梯度复合材料的制备及封接工艺研究STUDYONPREPARATIONANDSEALINGPROCESSOFSPSSINTEREDALNP/ALGRADIENTCOMPOSITES王子鸣哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB333学校代码：10213国际图书分类号：621.791.1密级：公开工程硕士学位论文SPS烧结AlNp/Al梯度复合材料的制备及封接工艺研究硕士研究生：王子鸣导师：DusanSekulic教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答

2、辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB333U.D.C:621.791.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONPREPARATIONANDSEALINGPROCESSOFSPSSINTEREDAlNp/AlGRADIENTCOMPOSITESCandidate：WangZimingSupervisor：Prof.DusanSekulicAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngi

3、neeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要相控阵雷达的工作距离和性能往往与T/R组件的功率成正比，而大功率的T/R组件会相应引发热量散失和热失配问题。本文以高热导、低膨胀的AlN为增强相，以纯Al

4、为基体，采用SPS方法制备体积分数5%~55%AlNp/Al复合材料，利用先进分析手段对复合材料的微观组织、热物理性能和力学性能进行了系统的研究，分析了相关影响因素；并以此为基础制备了三种AlNp/Al层状梯度复合材料；使用MSC.Marc有限元模拟软件分析AlNp/Al层状梯度复合材料用于T/R组件封装外壳的温度、应力、位移；采用磁控溅射沉积金属薄层的方式对AlNp/Al复合材料和6061Al进行表面改性，采用SnAgCu钎料对表面改性后的AlNp/Al复合材料和6061Al进行连接，并分析接头组织形貌、界面组成结构

5、的形成及演变规律。通过对球磨工艺（转速、时间）和SPS工艺（烧结温度、保温时长）的系统研究，获得致密化程度高、低孔隙率的AlNp/Al复合材料。制备的体积分数5%~45%AlNp/Al复合材料的组织致密，AlN颗粒均匀分布在Al基体中，未见夹铝层、颗粒偏聚或贫化等缺陷。AlNp/Al复合材料的导热系数、热膨胀系数、塑性随着AlN增强相含量的增加而降低；在一定范围内，AlNp/Al复合材料的拉伸强度、弯曲强度随着AlN颗粒含量的增加而提高。45vol.%AlNp/Al的热导率为112W/(m·K)，热膨胀系数为13.52

6、×10-6K-1，拉伸强度为217MPa，弯曲强度为440.7MPa，相比SPS烧结的纯Al试样，分别提高了64.4%、41.5%。根据AlNp/Al复合材料的组织、性能，设计并制备三种AlNp/Al层状梯度复合材料：纯Al-45vol.%AlNp/Al两层、5vol.%-25vol.%-45vol.%AlNp/Al三层、纯Al-5vol.%-15vol.%-25vol.%-35vol.%-45vol.%AlNp/Al六层层状梯度复合材料。三种AlNp/Al层状梯度复合材料组织致密，层与层间界面清晰、分明，无明显缺陷、

7、空洞。利用MSC.Marc有限元分析软件对三种梯度材料、6061Al应用于T/R组件封装壳体进行计算分析。梯度材料Mises应力最大值与6061Al相比，几乎下降了一半，说明梯度材料缓解热失配带来的热应力效果良好。为了改善SnAgCu钎料在AlNp/Al复合材料与6061Al表面的润湿性，采用磁控溅射沉积金属薄层的方法进行表面改性。研究了SnAgCu钎料250°C下在母材表面沉积Ni单层金属和Ti/Ni双层金属后的润湿性；以及250°C下两种连接接头的典型微观组织与界面结构，并探究了不同保温时间下接头的微观组织I哈尔滨

8、工业大学工程硕士学位论文和界面结构演变机制。对两种连接件在不同工艺参数下的接头进行抗剪切强度测试，最终得到的剪切强度是28MPa~35MPa，并分析剪切断口形貌和断裂机制。关键词：T/R组件；AlN陶瓷；梯度复合材料；磁控溅射II哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTheworkingdistanceandperform