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功能复合材料的基体

功能金属基复合材料随电子、信息、能源、汽车等工业技术的不断发展,越来越受到各方面的重视,面临广阔的发展前景。这些高技术领域的发展要求材料和器件具有优良的综合物理性能,如同时具有高力学性能、高导热性、低膨胀系数、高电导率、高抗电弧烧蚀性、高摩擦系数和好的耐磨性等。单靠金属与合金难以具有优良的综合性能,而要靠优化设计和先进制造技术将金属与功能体做成复合材料来满足需求。例如,电子领域的集成电路,由于电子器件的集成度越来越高,单位体积中的元件数不断增多,功率增大,发热严重,需用热膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装零件,以便将热量迅速传走,避免产生热应力,来提高器件的可靠性。又如汽车发动机零件要求耐磨、导热性好、热膨胀系数适当等,这些均可以通过材料的组合设计来达到。

由于工况条件不同,所需用的材料体系和基体合金也不同,目前已有应用的功能金属基复合材料(不含双金属复合材料)主要用于微电子技术的电子封装,用于高导热、耐电弧烧蚀的集电材料和触头材料,耐高温摩擦的耐磨材料,耐腐蚀的电池极板材料等,主要选用的金属基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜合金、银、铅、锌等金属。

用于电子封装的金属基复合材料有:高碳化硅颗粒含量的铝基(SiC /Al)、铜基(SiC /Cu)复合材料,高模量、超高模量石墨纤维增强铝基(Gr/Al)、铜基(Gr/Cu)复合材料,金刚石颗粒或多晶体金刚石纤维铝、铜复合材料,硼/铝复合材料等,其基体主要是纯铝和纯铜。

用于集电和电触头的金属基复合材料有:碳(石墨)纤维、金属丝、陶瓷颗粒增强铝、铜、银及合金等。

功能金属基复合材料所用的金属基体均具有良好的导热性、导电性和良好的力学性能,但有膨胀系数大、耐电弧烧蚀性差的特点。通过在这些基体中加入合适的功能体就可以得到优异的综合物理性能,满足各种特殊需要。如在铝中加入导热性好、弹性模量大、膨胀系数小的石墨纤维、碳化硅颗粒就可使这类复合材料具有很高的热导率(与纯铝、铜相比)和很小的热膨胀系数,满足了集成电路封装散热的需求。

随着功能金属基复合材料研究的发展,将会出现更多品种。

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