超细晶W-Cu复合材料制备及其热性能研究

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1、分类号:TF12410710-2013531005专业硕士学位论文超细晶W-Cu复合材料制备及其热性能研究刘荔涛导师姓名职称张晓峰副教授专业学位类别申请学位级别工程硕士机械工程及领域名称论文提交日期2017年12月15日论文答辩日期2017年12月30日学位授予单位长安大学万方数据StudyonthePreparationofUltrafineW-CuCompositesandThermalPropertiesAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuL

2、itaoSupervisor：Prof.ZhangXiaofengChang’anUniversity,Xi’an,China万方数据万方数据摘要随着电子器件向高功率和轻量化的方向不断发展，对电子封装热沉材料提出了更高的性能要求。W-Cu复合材料具有较高的强度、良好的导热性和较低的热膨胀系数，且结构组织可调，作为电子封装材料在微电子行业具有广阔的应用前景。然而，由于W、Cu元素之间熔点相差较大、互不相溶且润湿角较大，采用传统粉末冶金方法很难获得致密度较高和性能优异的W-Cu烧结体。通过制备纳米W-Cu复合粉体

3、提高其烧结活性和组元分布均匀性有望解决上述问题。本文以偏钨酸铵(AMT)和硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)为原料，氨水(NH3H2O)为PH调节剂，采用化学共沉淀法合成了W-Cu氧化物前驱体，经过煅烧、机械球磨和氢气(H2)还原工艺制得了纳米W-15wt.%Cu复合粉体。采用真空热压烧结法对W-15wt.%Cu复合粉体在不同温度(900~1050°C)、压力(60~120MPa)和保温时间(1h~3h)进行烧结.研究发现：XRD分析结果表明还原后纳米复合粉体纯度较高。SEM结果表明复合粉体分散性良好，形状

4、近似球形，W颗粒和Cu颗粒平均尺寸小于350nm。W-15wt.%Cu复合粉体在1050°C、120MPa，保温2h烧结条件下，致密化程度最高，组织也最均匀，其相对密度为99.3%。此时，复合材料具有高的热导率、低的热膨胀系数和高的显微硬度，其值分别为205W/mK、6.5×10-6K-1和446HV。关键词：电子封装材料，化学共沉淀法，纳米W-Cu复合粉体，真空热压烧结，热导率，热膨胀系数I万方数据AbstractWiththecontinousdevelopmentofelectronicdevicest

5、owardhighpowerandlightweight,thistrendrequireshigherperformanceforelectronicpackagingheatsinkmaterials.W-Cucompositesusingasheatsinkmaterialshaveapromisingapplicationbecauseofitshighstrength,excellentthermalconductivity,lowcoefficientofthermalexpansion(CTE)

6、andcontrolingperformance.However,processingofW-Cucompositeswithhighperformancebyconventionalliquidphasesintering,activatedsinteringandhotpressingsinteringishinderedbyhighdifferencesbetweentheirmeltingpointsandextremelylimitedsolubilityoftungstenandcopper.In

7、ordertosolvetheseproblems,itisahopefulsolutionbysynthesizinghomogeneousnano-sizedW-Cuconpositepowderswithgoodsinterabilityandapplyingadvancedsinteringtechnology.Inthisarticle,nano-sizedW-Cuprecursorpowdersweresynthesizedbysol-gelwithammoniummetatungstate(AM

8、T)andcoppernitrateCu(NO3)2·3H2Oastherawmaterials.Followingtheprecursorpowderswerecalcinedat500°C,W-Cucompositeswereobtainedbyreducingtheoxidecompositepowdersinflowinghydrogenat800°C.W-Cucompositeswerer