鋁基碳化硅未來可能的應(yīng)用場景

1.碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和高模量，其密度小于鋁合金，模量卻比鋁合金高2~4倍，因此用復(fù)合材料制成的構(gòu)件具有質(zhì)量輕、剛性好、可用最小的壁厚做成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的構(gòu)件，提高設(shè)備容量和裝載能力，可用于航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星、高性能飛機(jī)等方面。以飛機(jī)質(zhì)量為例，飛機(jī)機(jī)身質(zhì)量約占起飛質(zhì)量的50%，燃料占25%，只有25%留作負(fù)載。如果將輕量且高強(qiáng)度的Cf/Al復(fù)合材料用于飛機(jī)的制造，只要使其質(zhì)量減少10%，那么有效負(fù)載就增加20%。作為最經(jīng)濟(jì)高效的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件減重增效的途徑，Cf/Al復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用正趨擴(kuò)大。
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用Cf/Al復(fù)合材料制成的導(dǎo)航系統(tǒng)和航天天線，可有效地提高其精度；用碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制成的衛(wèi)星拋物面天線骨架，熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性好，可在較大溫度范圍內(nèi)保持其尺寸穩(wěn)定，使衛(wèi)星拋物面天線的增益效率提高4倍，同時(shí)還顯著減輕了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

隨著研究探索的深入，除了率先在宇航、航空和兵器中得到應(yīng)用，在民用工業(yè)中的應(yīng)用也日漸增多，廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)構(gòu)件、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件、滑動(dòng)部件、計(jì)算機(jī)集成電路的封裝材料以及電子設(shè)備的基板等方面。

近年來，碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的發(fā)展特別迅速，因?yàn)樵谑澜绶秶胸S富的鋁資源和高性能碳纖維的出現(xiàn)及碳纖維成本的降低，所以纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備和加工比其它金屬基復(fù)合材料更為經(jīng)濟(jì)，易于推廣和應(yīng)用，受到人們的普遍重視。

Cf/Al復(fù)合材料的成本主要來自原材料和制備帶來的成本，在航天飛行器中，所使用的材料每降低一公斤，發(fā)射成本就降低1萬美元。因此，只要進(jìn)一步地降低其研究費(fèi)用、提高其價(jià)格/性能比，高比強(qiáng)的Cf/Al復(fù)合材料將具有非常廣闊的前景。

2．鋁碳化硅AlSiC顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，采用Al合金作基體，按設(shè)計(jì)要求，以一定形式、比例和分布狀態(tài)，用SiC顆粒作增強(qiáng)體，構(gòu)成有明顯界面的多組相復(fù)合材料，兼具單一金屬不具備的綜合優(yōu)越性能。 中文名 鋁碳化硅 外文名 AlSiC 應(yīng)用領(lǐng)域 航空航天,微波集成電路,功率模塊 Si含量 70wt% SiC體積占比 50%-75% AlSiC研發(fā)較早，理論描述較為完善，有品種率先實(shí)現(xiàn)電子封裝材料的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，滿足半導(dǎo)體芯片集成度沿摩爾定律提高導(dǎo)致芯片發(fā)熱量急劇升高、使用壽命下降以及電子封裝的"輕薄微小"的發(fā)展需求。尤其在航空航天、微波集成電路、功率模塊、軍用射頻系統(tǒng)芯片等封裝分析作用極為凸現(xiàn)，成為封裝材料應(yīng)用開發(fā)的重要趨勢。 封裝金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體有數(shù)種，SiC是其中應(yīng)用最為廣泛的一種，這是因?yàn)樗哂袃?yōu)良的熱性能，用作顆粒磨料技術(shù)成熟，價(jià)格相對較低；另一方面，顆粒增強(qiáng)體材料具有各向同性，最有利于實(shí)現(xiàn)凈成形。AlSiC特性主要取決于SiC的體積分?jǐn)?shù)（含量）及分布和粒度大小，以及Al合金成份。依據(jù)兩相比例或復(fù)合材料的熱處理狀態(tài)，可對材料熱物理與力學(xué)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而滿足芯片封裝多方面的性能要求。其中，SiC體積分?jǐn)?shù)尤為重要，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，AlSiC與芯片或陶瓷基體直接接觸，要求CTE盡可能匹配，為此SiC體積百分?jǐn)?shù)vol通常為50%-75%。 此外，AlSiC可將多種電子封裝材料并存集成，用作封裝整體化，發(fā)展其他功能及用途。研制成功將高性能、散熱快的Cu基封裝材料塊（Cu-金剛石、Cu-石墨、Cu-BeO等）嵌入SiC預(yù)制件中，通過金屬Al熔滲制作并存集成的封裝基片。在AlSiC并存集成過程中，可在最需要的部位設(shè)置這些昂貴的快速散熱材料，降低成本，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，嵌有快速散熱材料的AlSiC倒裝片系統(tǒng)正在接受測試和評估。

  另外，還可并存集成48號合金、Kovar和不銹鋼等材料，此類材料或插件、引線、密封環(huán)、基片等，在熔滲之前插入SiC預(yù)成型件內(nèi)，在AlSiC復(fù)合成形過程中，經(jīng)濟(jì)地完成并存集成，方便光電器件封裝的激光連接。 采用噴射沉積技術(shù)，制備了內(nèi)部組織均勻、性能優(yōu)良、Si含量高達(dá)70wt%（重量百分率）的高硅鋁合金SiAl封裝材料，高硅鋁合金的CTE與Si、GaAs相匹配，也可用于射頻、微波電路的封裝及航空航天電子系統(tǒng)中，發(fā)展為一種輕質(zhì)金屬封裝材料。 鋁碳化硅（AlSiC）金屬基熱管理復(fù)合材料，是電子元器件專用封裝材料，主要是指將鋁與高體積分?jǐn)?shù)的碳化硅復(fù)合成為低密度、高導(dǎo)熱率和低膨脹系數(shù)的封裝 材料，以解決電子電路的熱失效問題。
  AlSiC材料的應(yīng)用 大功率率IGBT 散熱基板；LED封裝照明；航空航天；微電子；殼體封裝；新能源汽車、民用飛機(jī)、高鐵等領(lǐng)域