曾昭鋒 ?，周波濤 ，熊宣雯 ，李 翔 ，李著龍 ，王國(guó)強(qiáng)

1) 漢江師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，十堰 442000 2) 漢江師范學(xué)院新型功能材料制備與物性研究中心，十堰 442000

?通信作者, E-mail: 524760608@qq.com

金屬陶瓷復(fù)合材料在現(xiàn)代科技和生活中顯示出越來(lái)越重要的地位。SiCp/Cu顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料是金屬陶瓷復(fù)合材料家族中重要的一員，也是目前金屬陶瓷復(fù)合材料研究的熱點(diǎn)之一，集合了SiCp和金屬Cu的優(yōu)點(diǎn)，具有導(dǎo)熱性能好、耐高溫、耐磨損及力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，其性能可設(shè)計(jì)并且制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，被廣泛用作電子封裝材料、大規(guī)模集成電路引線框架、焊接電極材料以及高溫軸承材料[1-9]。本文從SiCp/Cu顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法、影響因素、存在問(wèn)題及發(fā)展方向等方面對(duì)其展開(kāi)綜述。

1 SiCp/Cu復(fù)合材料的制備方法

目前SiCp/Cu復(fù)合材料制備方法主要包括包覆粉末熱壓法、壓力浸漬法、機(jī)械合金化法和放電等離子燒結(jié)法。

1.1 包覆粉末熱壓法

SiCp與Cu的潤(rùn)濕性差，制備過(guò)程中很容易出現(xiàn)界面結(jié)合問(wèn)題，因此常采用化學(xué)鍍、電鍍等方法在SiCp表面包覆Cu來(lái)改善界面結(jié)合，先將SiCp用Cu粉末包覆，然后進(jìn)行熱壓燒結(jié)。包覆法還可以在一定程度上減少SiCp團(tuán)聚，通過(guò)包覆燒結(jié)可以使SiCp分布均勻，改善界面結(jié)構(gòu)，有利于提高復(fù)合材料相對(duì)密度，從而促進(jìn)材料綜合性能的提高[10]。

Yih和Chung[11]將直接混合燒結(jié)法和包覆粉末燒結(jié)法進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用直接混粉燒結(jié)制備的SiCp/Cu復(fù)合材料，當(dāng)SiCp體積分?jǐn)?shù)高于38%時(shí)，存在大量孔洞，結(jié)構(gòu)致密性差；用化學(xué)鍍Cu包覆在SiCp顆粒表面，然后進(jìn)行熱壓燒結(jié)，當(dāng)SiC體積含量達(dá)到54.4%時(shí)，復(fù)合材料仍能保持高的相對(duì)密度；與直接混粉燒結(jié)相比，包覆粉末燒結(jié)制備的SiCp/Cu復(fù)合材料在硬度和抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能方面也更優(yōu)異。王海龍等[12]利用化學(xué)鍍法在SiCp粉上鍍Cu，制備了SiCp/Cu金屬陶瓷復(fù)合粉體，經(jīng)過(guò)一系列鍍前處理，采用硫酸銅鍍液成功地將Cu均勻鍍?cè)赟iCp粉表面。劉猛等[13]采用溶膠-凝膠工藝在SiCp顆粒表面涂覆Mo涂層，利用熱壓燒結(jié)法制備了SiCp/Cu復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料熱導(dǎo)率明顯提高，當(dāng)SiCp體積分?jǐn)?shù)約為50%時(shí)，SiCp/Cu復(fù)合材料熱導(dǎo)率達(dá)到214.16 W·m?1·K?1。

采用包覆粉末法可以最大程度的緩解SiC和Cu不潤(rùn)濕問(wèn)題，包覆粉末熱壓燒結(jié)法不僅可以制備高SiCp體積分?jǐn)?shù)的SiCp/Cu復(fù)合材料，而且制備的SiCp/Cu復(fù)合材料相對(duì)密度高、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好，綜合性能優(yōu)異。包覆粉末法的缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本偏高，不適合用于大規(guī)模企業(yè)生產(chǎn)制造。

1.2 壓力浸漬法

壓力浸漬法是將活性組分通過(guò)浸漬載體負(fù)載在載體上的方法。通常是將載體與金屬鹽類(lèi)的水溶液接觸，使金屬鹽類(lèi)溶液吸附或貯存在載體毛細(xì)管中，除去過(guò)剩的溶液，再經(jīng)干燥、煅燒和活化制得樣品，多用于制備固體催化劑。浸漬方式有過(guò)量溶液浸泡與等體積吸附。壓力浸漬法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，活性組分分散比較均勻，缺點(diǎn)是活性組分不易控制。

Narciso[14]利用預(yù)氧化的SiCp，采用壓力浸漬法制備了SiCp/Cu復(fù)合材料，并且研究了SiCp預(yù)氧化時(shí)間對(duì)SiCp/Cu復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響，如圖1所示。如圖所示，SiC預(yù)氧化時(shí)間為0～40 h，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率從34 W·m?1·K?1增加到46 W·m?1·K?1，這說(shuō)明了SiCp預(yù)氧化對(duì)提高SiCp/Cu復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有一定幫助。

圖 1 1000 ℃下SiCp預(yù)氧化時(shí)間對(duì)SiCp/Cu復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響Fig.1 Effect of the preoxidation time of SiCp on the thermal conductivity of the SiCp/Cu composites at 1000 ℃

1.3 機(jī)械化合金法

機(jī)械化合金法也叫做高能球磨法，是將粉末狀原材料和磨球按照一定比例放入高能球磨機(jī)，高速旋轉(zhuǎn)的粉末材料和磨球通過(guò)頻繁碰撞實(shí)現(xiàn)顆粒的反復(fù)破碎與冷焊，最終實(shí)現(xiàn)原子混合擴(kuò)散。大量的晶格畸變、位錯(cuò)、晶界等缺陷會(huì)出現(xiàn)在球磨過(guò)程中，加強(qiáng)了粉末間相互擴(kuò)散性，降低了粉末激活能，使得復(fù)合過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)與普通狀態(tài)有所不同，因此可以制備出在常規(guī)方法下很難制備出的亞穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料。機(jī)械化合金法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、易于控制，可以獲得混合均勻的粉末體，產(chǎn)生的大量缺陷和位錯(cuò)增加了粉末活性，有利于形成良好的燒結(jié)界面，在潤(rùn)濕性不好以及不易分散的金屬陶瓷復(fù)合材料制備中具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。需要注意的是，高能球磨混粉的時(shí)間要適宜，球磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成SiCp分解為Si和C單質(zhì)，影響復(fù)合材料的物理性能[15]。

谷萬(wàn)里和呂衛(wèi)衛(wèi)[16]利用機(jī)械化合金法混粉，然后進(jìn)行熱壓燒結(jié)，得到SiCp/Cu復(fù)合材料，有效避免了納米SiCp粉末團(tuán)聚，獲得了相對(duì)密度91%的復(fù)合材料。Akbarpour等[17]利用高能球磨機(jī)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下采用機(jī)械化合金法制備了SiCp/Cu復(fù)合材料，相對(duì)密度達(dá)到97%，抗壓性能優(yōu)異。

1.4 放電等離子燒結(jié)

放電等離子燒結(jié)（spark plasma sintering，SPS）是將金屬陶瓷等粉末放入石墨模具，經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻制備高性能材料的一種粉末冶金燒結(jié)技術(shù)。放電等離子燒結(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是加熱均勻、燒結(jié)快速、生產(chǎn)效率高，不需要像一般的燒結(jié)工藝那樣經(jīng)歷漫長(zhǎng)的時(shí)間，樣品組織細(xì)小、均勻且相對(duì)密度高；缺點(diǎn)是燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生的等離子體發(fā)光、等離子體微波、高頻波等容易對(duì)測(cè)溫元件測(cè)量燒結(jié)溫度產(chǎn)生一定影響，造成實(shí)驗(yàn)誤差。

章林等[18]用放電等離子燒結(jié)制備SiCp/Cu復(fù)合材料，其相對(duì)密度可達(dá)96.7%，熱膨脹系數(shù)為7.5×10?6/K。胡翠欣等[19]先將Cu粉和SiCp微粉球磨混粉，然后利用放電等離子燒結(jié)制備SiCp/Cu復(fù)合材料，通過(guò)耐磨性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SiCp質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，耐磨性能最佳。

另外，近年來(lái)興起了一些新穎的金屬陶瓷復(fù)合材料制備方法。Akramifard等[9]利用攪拌摩擦加工的方法，在圓柱體轉(zhuǎn)速1000 r/min，移動(dòng)速度50 mm·min?1的工藝條件下制備出SiCp/Cu復(fù)合材料，硬度可達(dá)到HV 130，擁有良好的摩擦磨損性能。Barmouz和Givi[20]利用多步攪拌摩擦加工的方法成功開(kāi)發(fā)出SiCp/Cu復(fù)合材料，其相對(duì)密度高達(dá)95%，極限拉伸強(qiáng)度在200 MPa左右，摩擦磨損性能優(yōu)異。潘成剛等[21]采用SiCp化學(xué)包覆Cu，利用激光熔覆的方法制備了Cu包SiCp/Ni35復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，高硬度碳化物和硅化物的熔覆層大大提高了材料的耐磨性能。

2 影響SiCp/Cu復(fù)合材料性能的主要因素

2.1 SiCp顆粒含量的影響

范冰冰等[22]采用真空熱壓法制備了含不同體積分?jǐn)?shù)SiCp顆粒的銅基復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，隨著SiCp體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的顯微硬度明顯增加，而抗彎強(qiáng)度、相對(duì)密度急劇下降，SiCp體積分?jǐn)?shù)30%的SiCp/Cu復(fù)合材料力學(xué)性能最好。侯寶峰等[23]利用粉末注射成型工藝制備了SiCp/Cu金屬陶瓷復(fù)合材料并研究了其摩擦磨損性能和機(jī)理，其SiCp體積分?jǐn)?shù)分別為3%、6%、9%和12%，研究發(fā)現(xiàn)，SiCp/Cu復(fù)合材料的磨損率隨著SiCp體積分?jǐn)?shù)的增加而逐漸低，如圖2所示。當(dāng)SiCp體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)（3%～6%），復(fù)合材料表現(xiàn)為粘著磨損，Cu基體大片脫落，SiCp對(duì)基體的耐磨性能增強(qiáng)效果不明顯；當(dāng)SiCp體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)（9%～12%）時(shí)，復(fù)合材料以磨粒磨損為主，磨損率急劇下降，堅(jiān)硬的SiC顆粒充當(dāng)支點(diǎn)，摩擦特點(diǎn)為“滾動(dòng)摩擦”，耐磨性能進(jìn)一步增強(qiáng)。胡翠欣[15]利用放電等離子燒結(jié)制備了含質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～12%SiCp的SiCp/Cu復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，隨著SiCp質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的硬度先增加后減小，摩擦系數(shù)逐漸增大，磨損量則逐漸降低；當(dāng)SiCp質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)，硬度最高；當(dāng)SiCp質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，磨損量最小。

圖 2 SiCp體積分?jǐn)?shù)對(duì)SiCp/Cu復(fù)合材料磨損率的影響Fig.2 Effect of SiCp volume fraction on the wear rate of SiCp/Cu composites

2.2 SiCp顆粒尺寸的影響

劉有金等[24]以45 μm的霧化銅粉和38、44、70、150 μm的α-SiCp微粉為原材料，制備了SiCp/Cu復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，隨著SiCp顆粒尺寸增大，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)增大。張潔等[25]利用冷壓燒結(jié)和熱擠壓方法，采用30 nm、130 nm以及14 μm三種粒徑的SiCp微粉和10 μm的銅粉為原料，制備了SiCp/Cu復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，隨著SiCp顆粒尺寸的增大，SiCp/Cu復(fù)合材料的耐磨性能顯著提高，但是同時(shí)也出現(xiàn)摩擦副表面犁削加劇的情況。朱德智[26]采用擠壓鑄造法制備了可用于電子封裝的SiCp/Cu復(fù)合材料，SiCp顆粒粒徑分別為10、20、63 μm，體積分?jǐn)?shù)為55%。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SiCp顆粒粒徑為63 μm的SiCp/Cu復(fù)合材料相對(duì)密度達(dá)到97.8%，明顯高于國(guó)內(nèi)同類(lèi)材料水平；SiCp顆粒粒徑為10 μm的SiCp/Cu復(fù)合材料的平均線膨脹系數(shù)（20～100 ℃）達(dá)到8.54×10?6℃?1，滿足電子封裝使用性能要求；隨著SiCp顆粒尺寸的減小，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)降低；退火處理后材料的熱膨脹系數(shù)小于鑄態(tài)材料。復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨SiCp顆粒尺寸的增加而增大，這是由于顆粒尺寸的減小形成了相對(duì)多的界面，使界面熱阻的影響增大。王常春[27]采用熱壓燒結(jié)制備電子封裝用SiCp/Cu復(fù)合材料，試驗(yàn)測(cè)得SiC顆粒尺寸分別42、28、6.5 μm的復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)值分別為9.9×10?6K?1、8.49×10?6K?1、7.74×10?6K?1，即隨著SiCp顆粒尺寸的增大，熱脹系數(shù)也隨之增大，如圖3所示；在增強(qiáng)相顆粒含量一定的情況下，顆粒尺寸越大，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率越高。

圖 3 不同溫度下SiCp顆粒尺寸對(duì)膨脹系數(shù)的影響Fig.3 Effect of SiCp particle size on expansion coefficient at different temperatures

2.3 燒結(jié)工藝對(duì)SiCp/Cu性能的影響

王海龍等[28]采用真空熱壓燒結(jié)和常壓氬氣氣氛保護(hù)燒結(jié)兩種方式制備了SiCp/Cu-Al復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，真空熱壓燒結(jié)樣品相對(duì)常壓燒結(jié)樣品的晶相組織更加均勻，晶粒更加細(xì)小，相對(duì)密度、硬度以及抗彎強(qiáng)度也具有明顯優(yōu)勢(shì)。王常春[27]采用化學(xué)鍍銅工藝制備了Cu包覆SiCp復(fù)合粉，利用真空熱壓燒結(jié)和非真空熱壓燒結(jié)兩種工藝制備SiCp/Cu復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，在增強(qiáng)相含量和顆粒尺寸相同的情況下，采用真空熱壓燒結(jié)工藝制備的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率均要高于采用大氣環(huán)境下熱壓燒結(jié)工藝制備的復(fù)合材料。這是因?yàn)樵诖髿猸h(huán)境熱壓燒結(jié)制備的復(fù)合材料中，發(fā)現(xiàn)有氧化物Cu2O的存在，氧化物的存在會(huì)對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能產(chǎn)生一定的影響。所以對(duì)于導(dǎo)電導(dǎo)熱性能要求比較高的復(fù)合材料，要避免氧化物的產(chǎn)生，采用真空或者保護(hù)氣氛燒結(jié)。劉凰[29]采用真空熱壓燒結(jié)制備了W-SiCp/Cu復(fù)合材料，研究了在不同燒結(jié)溫度下（850、900、950、1000 ℃）復(fù)合材料的密度和相對(duì)密度，結(jié)果如圖4所示。研究發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)溫度的提高，W-SiCp/Cu復(fù)合材料的密度及相對(duì)密度逐漸增大；燒結(jié)溫度由850 ℃提高到950 ℃時(shí)，復(fù)合材料的相對(duì)密度由89.5%提高到98.7%；溫度升高至1000 ℃時(shí)，相對(duì)密度反而略有下降。唐麗麗等[30]利用化學(xué)鍍銅方法對(duì)SiCp顆粒進(jìn)行表面改性，采用650、700、750 ℃三個(gè)不同燒結(jié)溫度進(jìn)行熱壓燒結(jié)，制備了含體積分?jǐn)?shù)50%SiC顆粒的SiCp/Cu復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燒結(jié)溫度為750 ℃時(shí)，SiCp/Cu復(fù)合材料的相對(duì)密度和抗彎強(qiáng)度最高，熱膨脹系數(shù)最低。孫冰等[31]采用真空熱壓法制備了含體積分?jǐn)?shù)20%SiC顆粒的界面非晶相SiO2-B2O3-Na2O的SiCp/Cu復(fù)合材料，其中燒結(jié)溫度為650、700、750、800、850、900及950 ℃，研究發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)溫度在750 ℃以上的Cu基體開(kāi)始融化，滲入SiCp晶粒間，形成很好的網(wǎng)狀連接，充分發(fā)揮Cu的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，使制備的SiCp/Cu復(fù)合材料導(dǎo)熱導(dǎo)電性能顯著提高。

圖 4 不同燒結(jié)溫度的W-SiCp/Cu復(fù)合材料相對(duì)密度Fig.4 Relative density of the W-SiCp/Cu composites at different sintering temperatures

一般來(lái)說(shuō)，制備方法及制備工藝對(duì)復(fù)合材料性能有很大影響。在制備SiCp/Cu復(fù)合材料時(shí)要根據(jù)需要選擇相應(yīng)的制備方法，優(yōu)化工藝參數(shù)，改進(jìn)制備流程，以獲得性能良好的復(fù)合材料。利用放電等離子燒結(jié)的低電壓、高電流和加壓環(huán)境可以縮短燒結(jié)時(shí)間，降低燒結(jié)溫度，提高燒結(jié)體的相對(duì)密度，獲得良好的力學(xué)性能。采用包覆粉末熱壓法可以解決SiCp與Cu的潤(rùn)濕性差的問(wèn)題，獲得良好的電學(xué)性能，適用于對(duì)導(dǎo)電性能要求較高的電子封裝材料。

3 研究熱點(diǎn)、存在的問(wèn)題以及解決方法。

3.1 研究熱點(diǎn)

近年來(lái)，SiCp顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)主要集中在提高SiCp與Cu之間的潤(rùn)濕性、改善SiCp與Cu之間的界面反應(yīng)、提高復(fù)合材料摩擦磨損性能、研究復(fù)合材料磨損機(jī)理、解決因SiCp與Cu的熱膨脹系數(shù)不匹配而引起的綜合性能不佳等問(wèn)題。

3.2 存在的問(wèn)題以及解決方法

（1）SiCp與Cu之間的潤(rùn)濕性以及界面反應(yīng)問(wèn)題[32]。

Marin、Rado及Shimbo等[33-35]分別在真空和1100 ℃條件下研究了Cu與SiCp潤(rùn)濕性及界面反應(yīng)問(wèn)題，結(jié)果表明，Cu與SiCp潤(rùn)濕角約為140°，潤(rùn)濕性極差，不利于原材料粉末的均勻混合，嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的界面結(jié)合。An等[36]利用真空鍍膜將Cu沉積在SiC基板上，通過(guò)光電子波譜法發(fā)現(xiàn)兩相接觸面反應(yīng)產(chǎn)生Cu3Si，界面的Si原子脫離SiC晶體擴(kuò)散到銅基體中，嚴(yán)重削弱了SiC對(duì)基體的強(qiáng)化效果。

通過(guò)電鍍、化學(xué)鍍等方法在Cu表面鍍上一層與Cu和SiC都具有良好物理化學(xué)兼容性的膜，或者添加其他合金元素來(lái)改善Cu與SiCp的潤(rùn)濕性和界面反應(yīng)。Schubert等[37]在SiC強(qiáng)化相表面通過(guò)電鍍鍍覆Mo薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，鍍膜后的SiC材料在混合粉末中分散性更加均勻，熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)測(cè)試結(jié)果都比較優(yōu)異。Gan等[38]通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，鐵的添加有利于提高SiCp與Cu之間的界面結(jié)合，獲得的Fe-SiCp/Cu復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱物理性能都得到明顯改善。孫冰等[31]采用真空熱壓法制備了SiCp體積分?jǐn)?shù)為20%、界面非晶相為SiO2-B2O3-Na2O的SiCp/Cu復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)非晶相修飾界面并起到了“粘結(jié)劑”的作用，提高了SiCp/Cu界面的潤(rùn)濕性，改善了微觀結(jié)構(gòu)的均勻性。

包覆、添加兼容性合金及添加非晶界面相等方法雖然可以大大提高Cu與SiCp之間的潤(rùn)濕性，減少界面反應(yīng)，但缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，大大增加了生產(chǎn)成本，不利于工業(yè)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

（2）摩擦磨損性能以及磨損機(jī)理研究。

SiCp/Cu復(fù)合材料的一個(gè)重要應(yīng)用就是耐磨材料，特別是高溫條件下的耐磨材料。制備SiC和石墨顆?；祀s增強(qiáng)銅基復(fù)合材料既可以保證較高的強(qiáng)度、適度的延展性以及優(yōu)良的導(dǎo)熱性，又可以充分發(fā)揮石墨的潤(rùn)滑作用，起到減磨耐磨的效果。周永欣等[39]采用粉末冶金方法制備了SiCp和石墨混雜增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，混雜增強(qiáng)復(fù)合材料的體積磨損率比單一增強(qiáng)復(fù)合材料的體積磨損率低50%（石墨體積分?jǐn)?shù)20%）～75%（石墨體積分?jǐn)?shù)5%），耐磨性相對(duì)于純銅和SiCp單一增強(qiáng)銅基復(fù)合材料有很大提高。

對(duì)于耐磨材料，應(yīng)該控制SiC體積分?jǐn)?shù)在10%～25%左右。根據(jù)摩擦磨損機(jī)理，摩擦的中后期主要是磨粒磨損，過(guò)多的SiC顆粒在摩擦中后期會(huì)脫落形成磨粒，加劇磨損，既影響復(fù)合材料的強(qiáng)度，又增大復(fù)合材料的摩擦因數(shù)，對(duì)摩擦副造成傷害。

（3）由于SiCp與Cu的熱膨脹系數(shù)（α）差距較大（αSiC=2.77×10?6K?1，αCu=16.6×10?6K?1），SiCp與Cu熱膨脹系數(shù)不匹配引起燒制成的復(fù)合材料界面熱應(yīng)力增大，產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，影響材料綜合性能，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中燒制大件產(chǎn)品時(shí)，更容易在產(chǎn)品表面出現(xiàn)裂紋。有研究表明[31,37?38,40?41]，加入與Cu和SiC都具有良好物理化學(xué)兼容性的合金元素及界面玻璃相，或?qū)iC短纖維與SiC顆?；鞊诫s都可以減少產(chǎn)品表面裂紋，改善產(chǎn)品表面品質(zhì)。

4 結(jié)論與展望

根據(jù)所需材料性能的不同，采用不同的制備工藝。電子封裝材料由于強(qiáng)調(diào)導(dǎo)熱導(dǎo)電性能以及需要一定的強(qiáng)度，所以宜采用真空熱壓燒結(jié)輔以電鍍包覆的工藝制備，既可以避免制備過(guò)程中產(chǎn)生的氧化物對(duì)導(dǎo)電導(dǎo)熱性能造成影響，又可以通過(guò)熱壓及包覆工藝改善材料潤(rùn)濕性，增大相對(duì)密度，提高硬度和強(qiáng)度，滿足封裝對(duì)材料的性能要求。SiCp顆粒的含量及尺寸對(duì)于SiCp/Cu復(fù)合材料的性能有著重要的影響。為保證SiCp/Cu復(fù)合材料的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，SiCp顆粒的含量不宜過(guò)高，應(yīng)將SiCp顆粒的體積分?jǐn)?shù)控制在10%以下，SiCp顆粒尺寸應(yīng)與Cu顆粒尺寸相差不大；當(dāng)SiCp/Cu復(fù)合材料用作摩擦磨損材料時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)提高SiCp顆粒的含量，使其體積分?jǐn)?shù)在30%左右，且適當(dāng)增大SiCp顆粒的尺寸。燒結(jié)溫度不宜過(guò)高，避免引起晶粒過(guò)分長(zhǎng)大，使材料力學(xué)性能及耐磨性能急劇降低，影響復(fù)合材料的綜合性能；燒結(jié)溫度過(guò)低，不利于SiC顆粒和銅基體的融合。SiCp/Cu復(fù)合材料在電子封裝材料、高溫耐磨材料等領(lǐng)域有很大的提升空間，應(yīng)該進(jìn)一步研究其作用機(jī)理，以期從根本上找到提高其綜合性能的方法，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。