摘要
Mo-Cu复合材料具有高导电导热性、可调的热膨胀系数以及耐高温等特性，在电子器件、军事以及航空航天等领域具有广泛的应用前景。随着器件封装密度的不断增大，对热管理材料的要求也不断提高，如何进一步提升Mo-Cu复合材料的热性能也成为现实亟需。目前商用Mo-Cu复合材料多采用传统熔渗法制备，由于在熔渗过程中Mo颗粒线收缩速率随温度的升高而增大，容易形成闭孔，且Cu和Mo原子互不相溶，Cu在Mo表面润湿和铺展性较差，这些原因导致Cu含量较高时熔渗试样的密度降低，损害Mo-Cu复合材料的热性能。针对上述问题，本文采用诱导Cu熔渗法改善传统熔渗工艺，并系统研究了熔渗温度和保温时间等工艺参数、Mo颗粒尺寸以及诱导Cu含量对复合材料微观组织和性能的影响规律，在此基础上，探索包覆轧制预成型法进一步提高复合材料致密度和热性能的可行性。主要的研究结果如下： （1）采用诱导Cu熔渗法制备Mo-Cu40复合材料，研究不同熔渗工艺参数对复合材料组织与性能的影响规律。研究结果表明：熔渗温度对样品的致密度、硬度、热导率、电导率和热膨胀系数均有显著影响，当温度从1150℃增加至1350℃，复合材料致密度从77.81%提高至97.3%，提升幅度高达21.6%；气氛条件对复合材料致密度也有一定的影响，其在惰性气体(Ar,0.06MPa)条件下的致密度比在真空条件下提高1.5%；而保温时间和升温速率对熔渗结果的影响相对较小，其致密度的提升幅度仅为0.4%~0.9%，因此熔渗温度是熔渗质量控制的关键参数。本研究确定的最佳熔渗工艺参数如下：在熔渗温度为1350℃、保温时间4h、升温速率3℃/min以及0.06MPa气压条件下可以制备出具有高性能的Mo-Cu40复合材料，致密度高达98.1%，硬度为148.34HV，Cu含量达到40.46wt.%，电导率达到52.69%IACS，热导率达到203.94W/(m·℃)。 （2）采用最佳的熔渗工艺参数制备Mo-Cu40复合材料，研究坯块Mo粉粒径和诱导铜含量对试样组织与性能的影响规律。研究结果表明：坯块采用粒径为6.5μm的Mo粉比3.5μm的Mo粉更容易熔渗，制备出的试样组织与性能更优。主要原因是Mo粉粒径减小使其表面能增大，在升温的过程中Mo颗粒收缩速率提高，最终导致坯块中闭孔数增多，严重影响试样的物理性能。坯块中诱导铜含量分别为0、10wt.%以及20wt.%时，Mo-Cu复合材料的致密度从95.72%提升至98.1%，然而当诱导铜含量为30wt.%时，amp;nbsp;致密度降低为97.52%。主要原因是当坯块中的诱导铜含量过高时，其孔隙率过低，使得毛细管力急剧降低，最终影响材料的致密度。 （3）采用包覆轧制预成型技术制备Mo-Cu40复合材料板材，研究不同变形量对复合板材组织与性能的影响规律。研究结果表明：轧制变形量分别为0、30%、60%和90%时，复合板材的相对密度从98.1%提升至99.8%，硬度从148.34HV提升至226.87HV。随着轧制变形量的逐渐提高，板材内部晶粒逐渐细化，使得材料密度以及硬度提高，热膨胀系数也随致密度增加和组织细化而逐渐降低。但是，复合板材的电导率和热导率均随着轧制变形量的提升而降低，热导率由203.94W/(m·℃)降低至155.18W/(m·℃)。原因是随着轧制变形量的增加，Mo-Cu复合材料内部界面和晶格畸变增多，影响作为热量传输介质的声子的传导，从而削弱了由于致密度增加所带来的提升效应，使材料的热导率降低。这意味着封装板材的成型过程中，根据实际需求，需要选择合适的轧制变形量，以调控复合材料的热膨胀系数和热导率达到相对最优的状态。
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