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Cu/AlN/Cu功能梯度电极材料的制备及其应用
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作者 孙静 罗洁 +1 位作者 吕薪羽 张宗仁 《中国陶瓷》 北大核心 2025年第8期31-37,共7页
采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Cu/AlN/Cu功能梯度电极材料,并成功实现了与CoSb_(3)热电材料的高效连接。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS),在Cu/AlN/Cu与CoSb_(3)的界面处检测到Cu_(3)Sb、Cu_(3.3)Sb、(Ag,In)、Cu、CuIn及Cu2In... 采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Cu/AlN/Cu功能梯度电极材料,并成功实现了与CoSb_(3)热电材料的高效连接。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS),在Cu/AlN/Cu与CoSb_(3)的界面处检测到Cu_(3)Sb、Cu_(3.3)Sb、(Ag,In)、Cu、CuIn及Cu2In等多种物相,这些相的分布与局部元素分布高度吻合。研究表明,焊接温度显著影响过渡层的结构和均匀性,较低的焊接温度(500℃)有利于形成均匀稳定的过渡层,减少孔洞生成,提升界面连接质量。此外,Cu、Ag、In、Ti等元素在界面区域展现出复杂的扩散行为,尤其是Ti元素的偏析,显著增强了界面的润湿性和结合强度。然而,不对称的扩散速率引发了Kirkendall效应,进一步影响了过渡层的微观结构。X射线衍射(XRD)结果显示,SPS连接后界面处相结构连续,缺乏明显的界面分界线。 展开更多
关键词 放电等离子烧结 功能梯度材料 cu/aln/cu CoSb_(3) 界面连接
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冷喷涂Cu包覆AlN增强铜基复合涂层的制备与性能研究
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作者 周胜 王金芳 +6 位作者 张孟 杨淑娟 唐宁 邵玲 陆青松 戴晟 张勇 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第22期72-81,共10页
目的 通过冷喷涂技术在铜基体上制备了具有高致密高硬度的Cu/AlN涂层,并研究化学镀预处理工艺对冷喷涂Cu/AlN复合涂层微观形貌、力学性能和耐腐蚀性能的影响。方法 采用冷喷涂技术在铜基体表面分别沉积Cu、Cu-AlN(球磨混合)和Cu-Cu@AlN... 目的 通过冷喷涂技术在铜基体上制备了具有高致密高硬度的Cu/AlN涂层,并研究化学镀预处理工艺对冷喷涂Cu/AlN复合涂层微观形貌、力学性能和耐腐蚀性能的影响。方法 采用冷喷涂技术在铜基体表面分别沉积Cu、Cu-AlN(球磨混合)和Cu-Cu@AlN(化学镀包覆)涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层截面的微观形貌,通过能谱仪(EDS)对涂层元素组成进行了检测,并计算了涂层中AlN的沉积量。借助维氏硬度计和电化学工作站分别对涂层进行了显微硬度和电化学腐蚀行为测试。结果扫描电镜结果显示,Cu-Cu@AlN和Cu-AlN涂层有着比纯Cu涂层更加致密的微观组织,并且与基体的结合更好,孔隙更少。能谱仪结果显示AlN在涂层中分布均匀,并且Cu-Cu@AlN涂层中AlN的含量明显大于Cu-AlN涂层。Cu-Cu@AlN涂层具有最高的显微硬度(151.8HV),相比基体提升71%。在模拟海洋环境中的电化学测试结果表明,Cu-Cu@AlN涂层的自腐蚀电位最高(-0.1667V),表明其腐蚀倾向最低,自腐蚀电流密度最低(1.18μA/cm^(2)),相比Cu-AlN涂层降低了1个数量级,表明其具有最佳的耐腐蚀性能。电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,Cu-Cu@AlN涂层具有最高的电荷转移电阻(1625?·cm^(2)),证实其具有最佳的耐蚀性,这与动电位极化测试的结果一致。结论 通过化学镀预处理的粉体制备出的Cu-Cu@AlN涂层致密,AlN含量高,该涂层的显微硬度和耐腐蚀性能最好,有望应用在铜及铜合金制备的船舶构件,从而延长其在海洋环境中的服役寿命。 展开更多
关键词 冷喷涂 化学镀 铜基涂层 aln 微观形貌 耐腐蚀性能
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AlN/Cu钎焊接头残余应力的数值模拟研究
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作者 闾川阳 李科桥 +4 位作者 盛剑翔 顾小龙 石磊 杨建国 贺艳明 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期185-193,共9页
氮化铝(AlN)陶瓷可用于高压大功率绝缘栅双极型功率管(IGBT)的封装,并以表面覆铜(Cu)的方式实现散热功能。但AlN和Cu存在巨大的物性差异,易在连接中残留较大的残余应力。针对AlN/Cu钎焊接头的残余应力进行有限元数值模拟研究,探究压力... 氮化铝(AlN)陶瓷可用于高压大功率绝缘栅双极型功率管(IGBT)的封装,并以表面覆铜(Cu)的方式实现散热功能。但AlN和Cu存在巨大的物性差异,易在连接中残留较大的残余应力。针对AlN/Cu钎焊接头的残余应力进行有限元数值模拟研究,探究压力载荷、冷却速度以及钎料厚度对接头残余应力的影响规律。结果表明,在所研究的范围内,AlN/Cu钎焊接头中最大轴向应力均出现在AlN陶瓷棱边靠近钎料金属层处,最大剪切应力则出现在靠近外侧边的AlN陶瓷与钎料金属层界面处。压力载荷降低、冷却速度加快和钎料层厚度增加均会增大最大轴向应力和剪切应力,但应力分布较为一致。本研究可为大功率IGBT覆Cu AlN陶瓷基板的高可靠性封装提供理论指导。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型功率管(IGBT) aln/cu接头 钎焊 数值模拟 残余应力
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磁控溅射AlN/Cu纳米复合涂层的性能研究 被引量:3
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作者 郭军 张晓娟 +2 位作者 李朋 黄峰 刘翔 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1002-1006,共5页
采用双靶反应磁控溅射方法制备了Cu含量不同的AlN/Cu纳米复合涂层。采用X射线衍射(XRD)、纳米压痕、X射线光电子能谱(XPS)等方法观察和分析了涂层的结构、力学性能以及内部化学结合状态。XRD结果表明所有涂层中的AlN均为(002)择优取向... 采用双靶反应磁控溅射方法制备了Cu含量不同的AlN/Cu纳米复合涂层。采用X射线衍射(XRD)、纳米压痕、X射线光电子能谱(XPS)等方法观察和分析了涂层的结构、力学性能以及内部化学结合状态。XRD结果表明所有涂层中的AlN均为(002)择优取向的六方纤锌矿结构,Cu含量≥4.7%原子比涂层中可以观察到Cu(111)峰的存在。纳米压痕结果表明:Cu含量的多少影响涂层的力学性能,如硬度H、弹性模量E。Cu含量为17.0%时,H=27.3 GPa、E=264.9 GPa,H/E=0.103;随着压入深度从80 nm增加至250 nm,弹性回复值从78.2%降至67.9%。XPS分析表明:对于17.0%Cu含量的涂层而言,电子结合能位于73.5,932.3和933.4 eV处的峰分别对应着Al-N键、Cu-Cu键和Cu-Al键。Cu-Al键的存在说明AlN相与Cu相在两相界面处存在一定的相互化学作用。 展开更多
关键词 aln cu纳米复合涂层 反应磁控溅射 力学性能 弹性回复 X射线光电子能谱
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AlN颗粒增强Cu基复合材料内氧化的研究 被引量:11
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作者 田素贵 张禄廷 +3 位作者 王桂华 乔瑞庆 金寿日 李铁藩 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第10期25-28,共4页
对预置 Al N微粒铜基复合材料内氧化前后进行了组织形貌观察和性能测试 ,结果表明 :在高纯氮气体介质中可实现预置微粒 Cu基复合材料的内氧化 ,内氧化物在弥散分布的原预置微粒处形核、长大 ,充满于整个复合材料之中 ;复合材料抗压强度... 对预置 Al N微粒铜基复合材料内氧化前后进行了组织形貌观察和性能测试 ,结果表明 :在高纯氮气体介质中可实现预置微粒 Cu基复合材料的内氧化 ,内氧化物在弥散分布的原预置微粒处形核、长大 ,充满于整个复合材料之中 ;复合材料抗压强度的提高来自于晶粒细化和第二相弥散强化的共同作用 ;内氧化使复合材料致密化程度提高 ,并增加了粒子与基体之间界面的结合强度 ,是改善耐磨性的主要原因。 展开更多
关键词 颗粒增强铜基复合材料 粉末冶金 内氧化 氮化铝
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N空位对Cu掺杂AlN电磁性质的影响的第一性原理研究 被引量:2
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作者 聂招秀 王腊节 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期299-304,共6页
利用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了N空位对Cu掺杂AlN的电子结构和磁学性质的影响.结果表明,与Cu最近邻的N原子更易失去形成N空位.N空位的引入减小了Cu掺杂AlN体系的半金属能隙;减弱了Cu及其近邻N原子的自旋极化的强度以及C... 利用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了N空位对Cu掺杂AlN的电子结构和磁学性质的影响.结果表明,与Cu最近邻的N原子更易失去形成N空位.N空位的引入减小了Cu掺杂AlN体系的半金属能隙;减弱了Cu及其近邻N原子的自旋极化的强度以及Cu3d与N2p轨道间的杂化,因而减小了体系的半金属铁磁性.因此,制备Cu掺杂AlN稀磁半导体时应尽可能地避免N空位的产生. 展开更多
关键词 N空位 cu掺杂aln 电子结构 铁磁性 第一性原理
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纳米复合材料(Cu/AlN)点焊电极的失效机制分析 被引量:1
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作者 邓景泉 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期439-443,共5页
通过高能球磨制备铜基纳米氮化铝复合粉体(Cu/AlN),用粉末冶金方法制备Cu/AlN点焊电极并装机进行镀锌薄钢板点焊试验。用XRD、SEM、TEM等表征失效电极的组织形貌,分析电极的失效机制及失效原因。结果表明:铜基纳米复合材料(Cu/AlN)点焊... 通过高能球磨制备铜基纳米氮化铝复合粉体(Cu/AlN),用粉末冶金方法制备Cu/AlN点焊电极并装机进行镀锌薄钢板点焊试验。用XRD、SEM、TEM等表征失效电极的组织形貌,分析电极的失效机制及失效原因。结果表明:铜基纳米复合材料(Cu/AlN)点焊电极的主要失效机制是:"蘑菇化"变形、坑蚀、粘结等,未见电极表面合金化生成新相。Cu/AlN点焊电极使用性能优于铸态商用(CuCrZr)点焊电极,主要因为纳米AlN颗粒的弥散强化作用及其优异的导热性能。 展开更多
关键词 点焊电极 失效机制 纳米复合材料(cu/aln)
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离子注入技术制备Cu-AlN双晶体的晶体学性能
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作者 杜军 杨改英 石力开 《高技术通讯》 CAS CSCD 1996年第8期37-40,共4页
通过在高纯AIN基片表面层区域注入Cu离子及随后恒温退火制取了低能组态的Cu-AlN双晶体。应用透射电子显微术(TEM)及卢瑟夫背散射(RSS)等技术研究了这种双晶体的显微结构性能。纳米尺寸的Cu颗粒与AlN基体之间... 通过在高纯AIN基片表面层区域注入Cu离子及随后恒温退火制取了低能组态的Cu-AlN双晶体。应用透射电子显微术(TEM)及卢瑟夫背散射(RSS)等技术研究了这种双晶体的显微结构性能。纳米尺寸的Cu颗粒与AlN基体之间总呈现出唯一的低能晶体学取向关系。镶嵌在AlN基体中的Cu颗粒常常表现出呈李晶关系的片层状显微组织。这是因为在长大过程中,Cu颗粒通过孪生过程缓解了由于共格关系而产生的弹性应变能。 展开更多
关键词 双晶体 离子注入 沉积相 晶体学 cu-AIN
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不同浓度Cu掺杂AlN的电子结构和光学性质研究 被引量:4
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作者 邓军权 毋志民 +2 位作者 王爱玲 赵若禺 胡爱元 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期466-472,共7页
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对理想纤锌矿Al N及不同浓度的Cu掺杂Al N的超晶胞结构进行了几何优化,计算并分析了它们的电子结构、磁电性质和光学性质.结果表明,随着Cu掺杂浓度的增加,Cu 3d态电子与其近邻的N 2p... 采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对理想纤锌矿Al N及不同浓度的Cu掺杂Al N的超晶胞结构进行了几何优化,计算并分析了它们的电子结构、磁电性质和光学性质.结果表明,随着Cu掺杂浓度的增加,Cu 3d态电子与其近邻的N 2p态电子杂化减弱,体系由直接带隙半导体的半金属铁磁性向间接带隙半导体的金属性转变,体系磁矩减弱,最后消失.Cu掺杂后体系介电函数虚部和复折射率函数在低能区发生明显变化,增强了体系对低频电磁波的吸收.当Cu浓度增加时体系对高频电磁波的吸收也随之加强. 展开更多
关键词 cu掺杂aln 电子结构 铁磁性 光学性质 第一性原理
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AlN覆钨对AlN/W-Cu复合材料组织和性能的影响 被引量:2
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作者 喻新喜 周锐 +3 位作者 杨光 魏邦争 陈鹏起 程继贵 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1120-1128,共9页
采用溶胶凝胶法对AlN粉体进行表面覆W后,将其与适量W粉混合,经压制、预烧结,制得多孔AlN/W骨架,再熔渗Cu后制备出不同AlN含量(0~8%)的AlN/W-Cu复合材料。考察了AlN含量对于烧结体微观组织、力学性能和热学性能的影响,并与由未覆钨AlN粉... 采用溶胶凝胶法对AlN粉体进行表面覆W后,将其与适量W粉混合,经压制、预烧结,制得多孔AlN/W骨架,再熔渗Cu后制备出不同AlN含量(0~8%)的AlN/W-Cu复合材料。考察了AlN含量对于烧结体微观组织、力学性能和热学性能的影响,并与由未覆钨AlN粉体制备的AlN/W-Cu复合材料进行对比。结果表明,采用溶胶凝胶法可在AlN颗粒表面均匀制备覆W层,其界面结合良好。覆钨AlN/W-Cu复合材料的相对密度、硬度、抗拉强度以及热导率均优于未覆钨AlN/W-Cu复合材料的。AlN/W-Cu复合材料的相对密度、抗拉强度及热导率随AlN含量的增加而降低,而硬度随AlN含量的增加而上升。当AlN含量为2%时,覆钨AlN/W-Cu复合材料的综合性能最佳,相对密度达到97.69%,显微硬度达到277HV,热导率达到205.54 W/(m·K)。 展开更多
关键词 aln/W-cu复合材料 覆钨aln粉体 溶胶凝胶法 熔渗法 热导率
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Cu/Mg掺杂AlN的电子结构和光吸收研究
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作者 鲜晶晶 毋志民 +5 位作者 邓军权 杨磊 崔玉亭 胡爱元 赵若禺 王敏娣 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期8036-8041,共6页
采用平面波超软赝势和广义梯度近似的第一性原理计算方法,对本征Al N和掺杂体系Al N∶Cu,Al N∶Mg,Al N∶Cu-Mg的超晶胞进行了几何优化,计算了它们的电子结构、能带、态密度、磁矩及光学性质等。结果表明,Al N∶Cu,Al N∶Mg均表现为100... 采用平面波超软赝势和广义梯度近似的第一性原理计算方法,对本征Al N和掺杂体系Al N∶Cu,Al N∶Mg,Al N∶Cu-Mg的超晶胞进行了几何优化,计算了它们的电子结构、能带、态密度、磁矩及光学性质等。结果表明,Al N∶Cu,Al N∶Mg均表现为100%自旋注入,材料均具有半金属性质,其中Cu掺杂体系的半金属性更稳定;Al N∶Cu-Mg共掺体系在能隙深处产生杂质带,具有金属性,改善了材料的高阻抗现象。研究发现Cu掺杂体系的磁矩最大,Cu-Mg共掺体系较Mg单掺的净磁矩有所减少。进一步分析光学性质发现,杂质离子的引入使得低能区的介电函数和复折射率函数出现明显的峰值,其中共掺体系的峰值最大,明显增强了体系对低频电磁波的吸收。 展开更多
关键词 cu、Mg掺杂aln 电子结构 光吸收 第一性原理
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采用两种银基活性钎料钎焊AlN陶瓷与可伐合金的接头组织与性能 被引量:7
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作者 朱成俊 李成思 董雪花 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期16-19,40,129,共6页
采用Ag-Cu-Ti和Ag-Cu-In-Ti两种活性钎料箔带,分别在860℃/10 min和760℃/10 min两种规范下对AlN与可伐合金(4J29)进行了真空钎焊连接,获得了冶金质量良好的接头.对接头室温抗剪强度进行了测试,AlN/Ag-Cu-Ti/4J29和AlN/Ag-Cu-In-Ti/4J2... 采用Ag-Cu-Ti和Ag-Cu-In-Ti两种活性钎料箔带,分别在860℃/10 min和760℃/10 min两种规范下对AlN与可伐合金(4J29)进行了真空钎焊连接,获得了冶金质量良好的接头.对接头室温抗剪强度进行了测试,AlN/Ag-Cu-Ti/4J29和AlN/Ag-Cu-In-Ti/4J29两种接头强度分别为126和113 MPa.微观分析结果表明,两种接头中靠近陶瓷母材附近生成了连续的扩散反应层,结合XRD结果,该层主要由TiN相组成,反应层的厚度对接头强度有影响;钎缝基体区由铜基固溶体、银基固溶体和复杂的Ni(Fe,Co)-Ti化合物组成. 展开更多
关键词 aln陶瓷 AG-cu-TI Ag-cu-In-Ti 真空钎焊
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陶瓷表面制备铜基金属覆层工艺及结合机理 被引量:2
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作者 周佳良 舒凤远 +2 位作者 姜秋月 赵洪运 贺文雄 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期116-120,共5页
通过对脉冲式YAG激光器在Al N陶瓷表面制备铜基金属覆层工艺进行优化,调整激光熔覆工艺参数,并进行熔覆前预热和熔覆后缓冷的工艺措施降低陶瓷基体的开裂倾向,引入活性金属钛来提高金属在Al N陶瓷表面的润湿性.结果表明,在陶瓷基体和铜... 通过对脉冲式YAG激光器在Al N陶瓷表面制备铜基金属覆层工艺进行优化,调整激光熔覆工艺参数,并进行熔覆前预热和熔覆后缓冷的工艺措施降低陶瓷基体的开裂倾向,引入活性金属钛来提高金属在Al N陶瓷表面的润湿性.结果表明,在陶瓷基体和铜基金属覆层之间形成过渡层,过渡层厚度随着电流的增大而增大,从陶瓷基体到铜基金属覆层,Ti元素含量先增高后降低,O元素含量先增大后减小,Cu,Al,N元素含量均呈现平滑过渡;通过SEM和微区XRD可以发现在激光熔覆过程中,Cu,Ti元素与陶瓷基体之间发生冶金反应,形成TiO_2,Ti_3Al,Cu_4Ti_5,Al_2TiO_3,Ti_2N等冶金产物. 展开更多
关键词 aln陶瓷 铜基金属 激光熔覆 过渡层
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