铝硅合金功能梯度板材一步法喷射成形技术基础研究

The Al-Si alloy functional gradient plate, whose properties of low expansion and high thermal conductivity in the side of high Si are suitable for printing the integrated circuit and good properties of the mechanical and weldability in the other side are suitable for packaging the integrated circuit, can solve the contradiction between low expasion and high mechanical properties in the electronic packaging materials and is the important optional material for the packaging components of integrated circuit in future weapons. In accordance with the problems in preparing this kind of functional gradient materials, this study will develope a new technique of double-metal one-step spray forming and systematically investigate the metallurgical quality control, distribution of composition gradient and densifying method for the gradient material. This study aims at: 1) the influence of the double-metal spray forming parameters on the shape and composition gradient of the deposition plates, 2) the control and distribution of composition gradient, 3) the control of metallurgical quality and processing effects on metallurgical quality, 4) the densifying method and its effects. This study will offer a theoretical support and a new technique for gradient material spray forming and its practical application.

铝硅合金梯度板材可解决电子封装材料低膨胀与高机械性能的矛盾，其高硅端热膨胀系数低，导热好，适于裸集成电路；低硅端机械性能高，可焊接，便于精加工和封装，是未来武器装备高集成电路封装构件重要的备选材料。针对这类材料制备问题，本研究提出双金属一步式喷射成形技术的概念，并对其雾化喷射过程的冶金质量控制、成分梯度分布规律和梯度材料的致密化手段等方面进行系统研究，着重解决：1）双工位喷射成形过程工艺参数对沉积板材形状和梯度分布的作用规律；2）浓度梯度分布规律与控制；3）板坯冶金质量作用规律与控制；4）梯度板致密化方法与作用规律等。本研究将形成硅梯度铝合金板材的一步式喷射成形新方法，揭示板坯成分梯度、凝固组织和缺陷的形成机制及其控制手段，为硅铝合金功能梯度复合材料的应用提供新理论支撑。

铝硅合金梯度板材可解决电子封装材料低膨胀与高机械性能的矛盾，其高硅端热膨胀系数低，导热好，适于裸集成电路；低硅端机械性能高，可焊接，便于精加工和封装，是未来武器装备高集成电路封装构件重要的备选材料。针对这类材料制备问题，本项目提出双金属一步式喷射成形技术的概念，并对其雾化喷射过程的冶金质量控制、成分梯度分布规律和梯度材料的致密化手段等方面进行系统研究。本项目结合有限元模拟，采用扫描电镜，通过理论分析，实验研究及数值模拟，深入分析了双工位喷射成形过程工艺参数对沉积板材形状和梯度分布的作用规律，进一步研究沉积底板温度管理单元及超声振动装置对板坯冶金质量作用规律与控制，最后研究并验证了针对梯度合金的准热等静压致密化方法及工艺参数对板坯形变规律影响因素等。本项目将形成硅梯度铝合金板材的一步式喷射成形新方法，揭示板坯成分梯度、凝固组织和缺陷的形成机制及其控制手段，为硅铝合金功能梯度复合材料的应用提供新理论支撑。本项目在研期间，在Materials and Design, Materials Science and Engineering A，Journal of Alloys and Compounds及Journal of Materials Research等国际重要学术期刊上发表SCI论文11篇；申请并授权国家发明专利1项；支持学生参加2次国际会议并培养毕业1名博士生，3名硕士生，在读博士生2名，硕士生1名。