C_f/SiC复合材料表面熔盐反应法锆金属化研究

利用熔盐热歧化反应在碳纤维增强碳化硅(Cf/siC)复合材料表面制备了锆金属化层.研究反应时间对金属化层形貌、物相、厚度的影响,分析SiC/Zr的界面反应机理.结果表明,锆金属化层优先在SiC区域生成,随着反应时间的延长,逐渐在C纤维区域生成,当反应时间达到3h时,金属化层覆盖完全;金属化层主要物相为Zr,Zr,O,ZrC和Zr2Si;金属化层的生成受固相中Zr,Si,C等元素扩散控制.     

铝金属化层中的电迁移

功率器件或大规模集成电路中,当电流密度达1×10~6A/cm~2时,电迁移将引起铝金属化层开路失效。 电迁移是在外加直流电场作用下,金属离子和导电电子间的动量交换导致前者热激活而引起的质量传输。理论上通常用离子流和离子流散度描述电迁移过程。工程上大多通过直流加载的寿命试验研究电迁移现象。Blcak通过合理的假设得到了理论与工程相结合的电迁移公式:MTF~(-1)=Aj~2exp(—Q/KT)。Black的试验结果还证实了电迁移属于晶界扩散机理。 文章综述了寿命试验中加载方式的影响,举例说明了怎样预计寿命值和估算失效率,最后提到了防止电迁移失效的措施。 鉴于铝具有高导电率,与硅和二氧化硅有良好的附着性能,与N型硅、P型硅均可形成低阻欧姆接触以及适合于大规模集成电路多层布线等优点,硅器件金属化工艺中铝材得到了广泛的应用。纯铝的金属化层在使用中也暴露出一些弱点。比如,当电流密度较高,如达到1×10~6A/cm~2 时容易发生电迁移现象,当温度高于400℃时发生铝硅反应等。 随着集成电路微型化,金属化层布线密度增加,其截面积显著缩小(1—2×10~(-6)cm~2),流经铝膜的电流密度有可能达到10~6A/cm~2或更高,因此,研究金属化层的电迁移问题具有重要意义。     

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

集成电路铝金属化系统电迁移失效机理研究

本文研究了国产中规模集成电路铝金属化系统电迁移失效机理以及磷硅玻璃(PSG)和聚酰亚胺钝化层对铝条失效行为的影响,并对铝条的形貌进行了扫描电镜观察和分析。实验测得铝条电迁移失效激活能为0.48eV。     

微波电路互联用金丝键合界面空间高低温特性演化研究

金丝材料应用于航天器小型化微波模块等产品的电路封装中，金丝键合界面受高低温环境影响易产生性能变化从而影响服役可靠性。本文对金丝界面高低温特性的演化规律进行了研究，包括空间温度环境模拟试验后的界面与成分迁移、界面层厚度变化、键合金丝拉伸剪切力与失效模式演变，得出不同温度条件处理后的金铝键合界面微观组织变化规律。结果表明高低温循环试验后金丝界面仍保持较高的结合强度，一定程度的金属间化合物生长提高了键合界面强度。高温贮存试验中，随着贮存时间的增加，金丝界面层IMC（Intermetallic Compound）厚度和金属间化合物不断增长，失效破坏位置越来越多地出现在键合界面处，铝金属化层附近的金含量因扩散而增高，金铝键合界面处IMC界面层厚度的增加降低了界面结合强度。     

铝锂合金超塑成形/扩散连接技术研究进展

轻量化材料与结构是现代航空航天工业的发展方向。铝锂合金密度小,比强度、比弹性模量高,是理想的航空航天材料。采用超塑成形/扩散连接工艺成形的空心夹层结构零件具有整体性好、设计自由度大、成形精度高、无残余应力等优点,而且能够大幅减重、降低成本,广泛应用于航空航天领域。针对航空航天领域对新一代复杂多层结构件整体化和轻量化的迫切需求,回顾了国内外铝锂合金的发展历程,介绍了国内外铝锂合金超塑成形、扩散连接以及超塑成形/扩散连接组合技术的发展现状及其在航空航天领域的应用,指出铝锂合金表面致密稳定氧化膜是阻碍其扩散连接接头质量提升的瓶颈问题,讨论去除铝锂合金表面的氧化层以及防止新的氧化层再生的相关工艺与机理,最后展望了铝锂合金超塑成形/扩散连接技术在航空航天领域的应用前景以及未来研究方向。     

SiCp/Al复合材料-GCr15钢干摩擦磨损行为研究

采用无压浸渗法制备了SiC颗粒体积分数分别为15%、25%、35%、45%、55%、65%的铝基复合材料。在M-200磨损试验机上研究了SiC颗粒体积分数及载荷对铝基复合材料干摩擦滑动磨损行为的影响,对摩材料为GCr15钢环。采用SEM对铝基复合材料磨损表面及亚表面形貌进行了分析,采用EDX分析了磨损表面及亚表面的元素组成。研究结果表明,铝基复合材料的摩擦系数随着SiC颗粒体积分数的增加而上升,随着载荷的升高而降低,磨损率随着SiC颗粒体积分数的增加而下降。铝基复合材料磨损表面有一层机械混合层,它的出现有利于降低铝基复合材料的磨损率,混合层的厚度随着SiC颗粒体积分数和外加载荷的增加而增加,随着载荷的增加,混合层内出现裂纹并产生剥落。铝基复合材料的磨损机理主要是磨粒磨损、氧化磨损和剥层磨损。     

Cf／SiC复合材料与Nb合金的连接

利用熔盐反应法在Cf/SiC复合材料表面锆金属化的基础上,用TiCuZrNi非晶钎焊箔实现Cf/SiC复合材料与Nb合金钎焊连接.研究发现Cf/SiC复合材料表面Zr金属化层主要的物相为Zr、Zr3O、ZrC和Zr2Si;钎料对Zr金属化层的润湿性良好,钎料中活性元素Ti向Cf/SiC复合材料一侧明显扩散并发生化学反应,实现了钎料与Cf/SiC复合材料的良好键合,并且可以深入Cf/SiC复合材料孔隙形成"钉扎"效应;接头剪切强度达124 MPa,750℃热冲击5次后剪切强度达70 MPa;断裂部分发生在Cf/SiC复合材料与钎料界面处,部分位于Cf/SiC复合材料近缝区.     

西德布朗什维克大学近年来研究发展了冷挤压焊工艺

这种工艺多用于焊接异种金属材料,如铜—铝、钢—铝等。若用一般焊接工艺,则可能产生中间脆性层。冷挤压焊所获得的双金属过渡接头元件在低温工程、原子能工程中都有广泛的应用前景。它的方法简便、接头表面平滑、金属强度比退     

熔模铸造型壳中的“茸毛”

在熔模铸造生产中,采用硅酸乙酯水解液作为粘结剂的多层型壳,经过焙烧后的型壳工作表面有时产生白色片状或絮状的“茸毛”(见图1)。具有“茸毛”的型壳浇注合金后,在铸件表面上产生密集的细小沟槽,一     

Al/SiC复合材料的准分子激光表面改性

利用KrF准分子激光对SiC晶须增强铝基复合材料进行表面改性。借助于显微镜及X射线衍射技术,对激光处理前后试件表层的显微组织及化学结构进行了分析。结果表明,准分子激光处理后,试件表面形成了一个几微米厚的铝层。该薄层中基本上不含金属间化合物,SiC增强相的数量也显着减少。腐蚀测试结果表明,准分子激光表面处理后,材料的抗腐蚀性能得到了显着提高。     

微晶钛合金薄板粉末包埋渗铝及铝硅共渗研究

采用粉末包埋法对电子束物理气相(EB- PVD)制备钛合金薄板在620℃分别进行6h渗铝及铝硅共渗,采用XRD、SEM等对EB- PVD制备钛合金薄板显微组织以及粉末包埋法渗铝及Al- Si共渗后的钛合金薄板显微组织结构进行研究.结果表明,微晶合金可以在620℃实现渗铝和铝硅共渗.渗铝层的相结构主要为Al3 Ti相,但由于渗层Al3 Ti相为脆性相,在渗后冷却过程中热应力的作用下,易产生裂纹.铝硅共渗层的相结构主要为Al3 Ti和Ti5 Si3相,由于Si存在渗层中,渗层中不存在裂纹.     

复合材料整体油箱雷电防护试验研究

为了验证采用铺贴铝网复合材料整体油箱雷电防护设计效果,设计了雷电防护试验件,给出了试验方法,并通过模拟雷电环境,对整体油箱进行了雷电直接效应试验。结果表明:做了钉头密封并在结构表面采取了铝网防护的区域,没有火花产生,油箱内部温度均低于800℃;入击点直接入击到钉头上时,破坏性最大,周边结构烧蚀面积和内部分层面积都比其他情况严重;在连接件处没有覆盖铝箔网时钉损伤严重,且部分钉内部有火花产生。采用铺贴铝箔网设计的复合材料整体油箱雷电防护方法有效,但结构设计一定要保持电连续。     

快速凝固铝合金粉末表面氧化的研究

应用光电子能谱(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)系统研究了快速凝固纯铝粉末及高强Al-7.52n-2.0Mg-2.0Cu,高温Al-4Mn-4Ni-0.6Mg-0.6Zr和超轻Al-3.2Li-1.1Mg-0.3Cu-0.2Zr合金粉末表面结构及氧化层厚度和组成,探讨了合金元素,粉末尺寸及储存条件对粉末表面结构及氧化状况的影响。     

飞行器复杂外形流场NS方程数值模拟

本文采用分块对接和“O”型网格技术，首先在飞行器表面长出“一层”分块结构网格来，再将计算区域用若干分块结构网格填充，这样既保证了网格的质量和模拟复杂外形的能力，又大大提高了计算效率。在计算中，采用有限体积法，MuScL型迎风差分格式求解Ns方程，根据多块网格的排序，研究了计算方法。最后，对某飞行器外形进行了亚跨超流场数值计算，计算结果与试验符合较好。     

聚醚醚酮材料表面磺化改性及表面金属化

为满足聚醚醚酮(PEEK)应用于雷达天线、电路组件等产品的导电、焊接等功能特性,对具有极高化学惰性的PEEK进行硫酸磺化改性,并沉积Ni-P合金金属层,实现PEEK材料表面金属化。利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、接触角测试仪等对PEEK表面微观结构及镀镍层进行表征。磺化改性后PEEK表面呈现三维筛网状孔洞结构,且随浸蚀时间的延长,孔洞更加规则;硫酸改性后,基材表面粗糙度增大,亲水性增强。在进行化学镀镍时,Ni-P首先在三维网状孔洞结晶,并随着时间的延长,晶核二维生长至整个表面,最后生长成三维菜花状。镀层的结合强度随磺化时间的增加,焊点脱拉强度由3.2增至7.1 MPa。PEEK材料表面磺化改性及导电金属层的成功制备,可为其在雷达天线等领域的应用提供技术支撑。     

铝青铜表面激光熔覆层组织与性能研究

采用激光熔覆技术在QAl9-4铝青铜表面熔覆了一层Ni基合金层,以提高QAl9-4铝青铜的耐磨性.为了提高QAl9-4铝青铜对激光的吸收率,实验采用少量自制的粘结剂并配合压力机将合金粉末预置在QAl9-4铝青铜表面,然后激光重熔.通过对QAl9-4铝青铜表面熔覆层组织研究分析表明:熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,无裂纹缺陷的存在;熔覆层组织受凝固速度的影响较大,其表面组织为胞状晶,中部为发达的树枝晶,结合区上部由于基体的激冷作用而呈细晶区,细晶区以下又以树枝晶和胞状晶为主.激光熔覆层的平均硬度是QAl9-4铝青铜基体硬度的3倍多.     

石膏型铝铸件表面质量的改善

本成果研究了石膏型铝合金铸件的表面铸造缺陷的产生原因和防止措施。采用添加剂对石膏浆料进行改性和合理的石膏型制作工艺,提高石膏铸型的综合性能,有效地改善石膏型铝合金铸件的表面质量。石膏型熔模精铸工艺用来生产某些大中型薄壁复杂整体结构件和微波波导件,具有独特的优越性。对铸件内腔表面质量要求很高,其表面粗糙度凡SI．6－3．2mp,不允许存在铸造缺陷,例如“铝豆”、“铝瘤”。流痕与披缝等。这类表面缺陷主要与石膏型的质量和铸造工艺关系密切。本工艺选择最佳真空度,控制在0．06－0．07MPa,真空度太低,浆料中气体太…     

高性能铝基复合材料的颗粒分布及界面结合

采用常规粉末冶金和高能球磨粉末冶金法制备了B4Cp/Al复合材料，研究了B4C颗粒分布与界面结合特点、形成机制以及对材料性能的影响。结果表明，17％（体积分数）B4Cp/6061Al复合材料的屈服和抗拉强度分别为415MPa和470MPa，比常规粉末冶金复合材料分别提高了69％和70％。微观分析表明，高能球磨粉末冶金复合材料中B4C颗粒均匀分布、颗粒与基体之间存在近百纳米厚度的界面层，界面层由呈带状且有序分布的微细铝晶粒和弥散分布的纳米颗粒组成。高能球磨过程中，铝粉末在钢球表面形成冷焊层，B4C不断被挤入而均匀化是实现颗粒均匀分布的主要机制；球磨过程中铝粉末表面氧化层破碎暴露出新鲜铝表面且与镶嵌与铝粉末中的B4C颗粒形成界面结合是获得良好界面结合复合材料的重要条件     

碳纤维复合材料波导器件成型技术

以某卫星用高精度、复杂谐振腔波导器件为对象,设计了碳纤维复合材料铺层及工艺成型方案,通过模具表面金属层转移法,制备了内腔表面金属化的碳纤维复合材料(CFRP)谐振腔波导,进行了高低温环境试验。结果表明:碳纤维复合材料谐振腔内腔型面精度、平整度等均满足设计指标,经历100次-196~120℃高低温循环后,表面金属层/碳纤维复合材料基体结合良好。与殷钢谐振腔相比,碳纤维复合材料谐振腔减重72%。