This study developed fabrication process of $SiC_p/Al$ metal matrix composites as electronic packaging materials by squeeze casting method. The $SiC_p$ preform were fabricated in newly designed preform mold using about 0.8 % of inorganic binder(SiO$_2$) and 5 vol.% of $Al_2O_3$fiber. To infiltrate the molten metal into the preform, fabrication condition such as the temperature and the pressure were selected. Applying the fabrication conditions, heat transfer analysis were preformed using finite element method and thus analyzed the temperature distribution and cooling characteristic during the squeeze casting. For the fabricated composites, impact toughness and thermal expansion coefficient were measured. The metal matrix composites developed in this study have 0.2~0.3 J impact toughness, $8~10 ppm/^{\circ}C$ thermal expansion coefficient and $2.9~3.0g/cm^3$density which is appropriate properties for electronic packaging application.
알루미나 매트릭스 복합재료를 AIZnMg(7075)-합금의 직접적인 용융산화를 통하여 제조하였다. 충전재료는 17$\mu\textrm{m}$ 크기의 모서리가 둥근 연마재용 SiC 입자를 사용하였다. 산화촉진재 SiO2를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우를 비교하였다. 매트릭스 형성 매카니즘과 반응거동을 온도와 SiO2사용량을 중심으로 연구하였으며, 얻어진 AI2O3/SiC/금속 복합재료의 미세구조를 관찰하였다.
Al powder, AlN powder, SiC whisker and sintering aids were wet-mixed, and then the specimens prepared with mixed powder were reacted by nitridation at 600∼1400$^{\circ}C$ for 5 hrs. It was cleat that the higher nitridation and the more SiC whisker content were, the better bending strength was. The specimen of Al50/AlN50 reacted at 1400$^{\circ}C$ for 5hrs had the nitridation percent of 97%, the shrinkage under 2%, and the relative density of 78%. And the maximum bending strength of reaction-bonded specimen was 250 MPa. The specimens completely nitrided were post-sintered at 1700, 1800 and 1900$^{\circ}C$ for 2hrs. The post-sintered body had the shrinkage under 6% and the relative density of 86%. Because of the formation of solid solution between AlN and SiC whisker over 1800$^{\circ}C$, the promotion of mechanical properties according to SiC whisker addition was not observed. The post-sintered body had the maximum bending strength of 195 MPa.
Min Kyung-Ho;Park Kwang-Hyun;Seo Young-Ik;Chang Si-Young;Kim Young-Do
Journal of Powder Materials
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v.13
no.3
s.56
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pp.172-177
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2006
Aging characteristics and mechanical properties of commercial 7xxx series Al composites were investigated from viewpoint of ceramic contents. After sintering process, sintered densities of blended and composite powder were 95 and 97%, respectively. Each part was solution-treated at $475^{\circ}C$ for 60 min and aged $175^{\circ}C$. And two-step aging was also performed form $120^{\circ}C$ to $175^{\circ}C$. The aging behavior of the sintered composite pow-der was different from that of sintered blended powder. The peak aging time of the composite was rapid as well due to strain. Before aging, mechanical properties of sintered composite powder was significantly higher than that of sintered blended powder. These increments of properties were directly affected by ceramic particles. However, after aging, incremental rate of mechanical properties was slowed in the composite.
This paper describes a study on the effects of $Mg_2Si_{(p)}$ addition on the microstructure, porosity, and mechanical properties namely hardness and tensile properties of AA332 composite. Each composite respectively contains 5, 10, 15, and 20 wt% reinforcement particles developed by a stir-casting. The molten composite was stirred at 600 rpm and melted at $900^{\circ}C{\pm}5^{\circ}C$. The $Mg_2Si$ particles were wrapped in an aluminum foil to keep them from burning when melting. The findings revealed that the microstructure of $Mg_2Si_{(p)}/AA332$ consists of ${\alpha}$-Al, binary eutectic ($Al+Mg_2Si$), $Mg_2Si$ particles, and intermetallic compound. The intermetallic compound was identified as Fe-rich and Cu-rich, formed as polygonal or blocky, Chinese script, needle-like, and polyhendrons or "skeleton like". The porosity of $Mg_2Si_{(p)}/AA332$ composite increased from 8-10% and the density decreased from 9-12% from as-cast. Mechanical properties such as hardness increased for over 42% from as-cast and the highest UTS, elongation, and maximum Q.I were achieved in the sample of 10% $Mg_2Si$. The study concludes that combined with AA332, the amount of 10 wt% of$Mg_2Si$ is a suitable reinforcement quantity with the combination ofAA332.
Effects of liquid phase and reinforcing particle morphology on the sintering of Al-6 wt%Cu-10 vol% $Al_2O_3$ or SiC particles were studied in regards to densification, structure and transverse rupture properties. The Al-Cu liquid phase penetrated the boundaries between the aluminum matrix powders and the interfaces with reinforcing particles as well, indicating a good wettability to the powders. This enhanced the densification during sintering and the resulting strength and ductility. Since most of the copper added, however, was dissolved in the liquid phase and formed a brittle $CuAl_2$ phase upon cooling rather than alloyed with the aluminum matrix, the strengthening effect by the copper was not fully realized. Reinforcing particles of agglomerate type were found less suitable for the liquid phase sintering than solid type particles. $Al_2O_3$ and SiC particles protluced little difference on the sintering behavior but their size had a large effect. Repressing of the sintered composites increased density and bending properties but caused debonding at the matrix-particle interfaces and also fracturing of the particles.
The effect of SiC particle size on the microstructures and mechanical properties of A1$_2$O$_3$-SiC composite was investigated. Two types of SiC powders having average particle sizes of 0.15 ${\mu}{\textrm}{m}$ and 3 ${\mu}{\textrm}{m}$ were used. The grain growth in the specimen containing 0.15 ${\mu}{\textrm}{m}$ SiC was effectively inhibited due to the fine SiC particles. However, after the formation of some abnormal grains, fast and exaggerated grain growth occurred which led to the microstructure of large grains with irregular shape. Fracture strength decreased due to the abnormal large grains. On the other hand, for specimen containing 3 ${\mu}{\textrm}{m}$ SiC showed normal grain growth behavior from initial sintering stage. Large SiC particles, however, effectively inhibited exaggerated grain growth after nucleation of a few abnormal grains. As a consequence, microstructure consisted of homogeneous elongated grains. In the A1$_2$O$_3$-2.5SiC(0.15 ${\mu}{\textrm}{m}$)-2.5SIC(3 ${\mu}{\textrm}{m}$) composite fabricated by mixing the two types of SiC powder, abnormal grain growth occurred. However, the good fracture strength was maintained regardless of microstructural changes in this specimen.
Remelting of $A-Si/SiC_{p}$ composites followed by isothermal holding and solidification, leads ro the settling of Sic particles to the bottom of the mold. With the isothermal holding time for molten $A-Si/SiC_{p}$ composites. the particle free zone increases rapidly up to approximately first 30 minutes of the holding time. Experimental resulls of the particle settling confirm that the larger SIC particles sink faster tlun the sniiller particles. An increase in volume fraction of Sic particles decreases the setrling velocity of the particles.
A promising candidate material for a $H_2$ permeable membrane is SiC due to its many unique properties. A hydrogen-selective SiC membrane was successfully fabricated on the outer surface of an intermediate multilayer $\gamma-Al_2O_3$ with a graded structure. The $\gamma-Al_2O_3$ multilayer was formed on top of a macroporous $\alpha-Al_2O_3$ support by consecutively dipping into a set of successive solutions containing boehmite sols of different particle sizes and then calcining. The boehmite sols were prepared from an aluminum isopropoxide precursor and heated to $80^{\circ}C$ with high speed stirring for 24 hrs to hydrolyze the precursor. Then the solutions were refluxed at $92^{\circ}C$ for 20 hrs to form a boehmite precipitate. The particle size of the boehmite sols was controlled according to various experimental parameters, such as acid types and acid concentrations. The topmost SiC layer was formed on top of the intermediate $\gamma-Al_2O_3$ by pyrolysis of a SiC precursor, polycarbosilane, in an Ar atmosphere. The resulting amorphous SiC-on-$Al_2O_3$ composite membrane pyrolyzed at $900^{\circ}C$ possessed a high $H_2$ permeability of $3.61\times10^{-7}$$mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$ and the $H_2/CO_2$ selectivity was much higher than the theoretical value of 4.69 in all permeation temperature ranges. Gas permeabilities through a SiC membrane are affected by Knudsen diffusion and a surface diffusion mechanism, which are based on the molecular weight of gas species and movement of adsorbed gas molecules on the surface of the pores.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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