硅铝合金材料介绍

高硅铝合金是由硅和铝组成的二元合金.是一种主要用于航天航空、空间技术和便携式电子器件的合金材料。

高硅铝合金是由硅和铝组成的二元合金，是一种金属基热管理材料。高硅铝合金材料能够保持硅和铝各自的优异性能，并且硅、铝的含量相当丰富，硅粉的制备技术成熟，成本低廉，同时这种材料对环境没有污染，对人体无害。高硅铝合金密度在2.4~2.7 g/cm³ 之间，热膨胀系数(CTE)在 7-20ppm/℃之间，提高硅含量可使合金材料的密度及热膨胀系数显著降低。同 时，高硅铝合金还具有热导性能好，比强度和刚度较高，与金、银、铜、镍的镀覆性能好，与基材可焊，易于精密机加工等优越性能，是一种应用前景广阔的电子封装材料, 特别是在航天航空、空间技术和便携式电子器件等高技术领域。

高硅铝合金复合材料制备方法主要有以下几种:1)熔炼铸造;2)浸渗法;3)粉末冶金;4)真空热压法;5)急速冷却/喷射沉积法。

1)熔炼铸造法

熔炼铸造法设备简单、成本低及可实现大批量工业化生产，是合金材料最广泛的制备方法。利用常规铸造的高硅铝合金，Si的分布极不均匀，加工时易产生裂纹，材料存在严重的成分偏析，晶粒粗大，力学性能差等局限性，难以进行机械加工等后续处理。随着合金中硅含量的提高，问题更为突出，所以常规铸造很难制备高硅铝合金材料。

2)浸渗法

浸渗法分为压力浸渗法和无压浸渗法。压力浸渗法是通过机械加压或压缩气体加压，使得基体金属熔体浸入增强体间隙，可以解决增强材料和金属液不润湿而浸渗不完全等问题，但由于加压系统相对复杂，故限制其应用发展

3)粉末冶金

粉末冶金法的主要工艺是使一定比例的铝粉和硅粉以及粘合剂均匀分散,通过干压、注射等方法使粉末混合成型,最后在保护气氛下烧结形成较为致密的材料。该法解决了硅颗粒与铝基体润湿性不好,硅颗粒难以加入熔体的问题,并且材料可以一次成形,少切削加工,克服了金属基复合材料难以加工的缺点。但是这种方法工艺复杂,难以进行精确控制,压型不致密,成本高。

4)真空热压法

真空热压法是指加压成型和加压烧结同时进行的一种烧结工艺, 其优点是: ①粉末容易塑性流动和致密化; ②烧结温度和烧结时间短; ③致密度高。一般工艺为: 在真空条件下, 将粉末装在模腔内, 在加压的同时使粉末加热, 经过较短时间的加压形成致密均匀的材料。但是由于自身工序复杂，可操作性差，限制了该技术在高硅铝合金制备中的应用。

5)急速冷却/喷射沉积

急速冷却/喷射沉积技术是为了克服工序复杂，氧化严重等问题，与粉末冶金等技术相抗衡而发展起来的一种快速凝固技术。由于这种工艺具有其它工艺无法比拟的优势，近年来发展迅速。急速冷却/喷射沉积具有以下优点 :1)无宏观偏析;2)细小而均匀的等轴晶显微组织;3)细小的初生沉淀相;4)氧含量低;5)热加工性能得到改善。

(一) 、工业上很重要的硅铝合金可分为四类:

⑴ 亚共晶硅铝合金其中含有 9%~12%的硅。

⑵ 共晶硅铝合金含 11%~13%的硅。

⑶ 过共晶硅铝合金硅含量在 12%以上，主要是在 15%~20%范围。

(4)硅含量在22%以上的，被称作高硅铝合金，其中以25%-70%为主，国际上硅含量 最高可达80%。

(二)、高硅铝合金在电子封装的应用

1.大功率集成电路封装:高硅铝合金提供有效的散热;

1)载波器:可作为局部散热件，使元器件更紧密的排列;

2)光学框架:高硅铝合金提供低热膨胀系数，高刚度和可加工性;

3)热沉件:高硅铝合金提供有效的散热和和结构支撑。

(三)、高硅铝合金在汽车配件应用

高硅铝合金材料(含硅量20%-35%)具有优越的摩擦学性能，可作为先进的轻质耐磨材料，在各类交通运输工具以及各类动力机械、机床、特殊紧固件以及工具中得到了广泛的应用。

高硅铝合金因具有比重小、重量轻、导热性好、热膨胀系数低、体积稳定性及耐磨、耐蚀性好等一系列优点,而广泛的用作汽车发动机的缸套、活塞、转子、刹车盘等材料。

铝合金工业，硅铝合金是用量最大的硅合金。硅铝合金是一种强复合脱氧剂，在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率，并可净化钢液，提高钢材质量。汽车等行业用铝对工业硅的需求相当大，所以一个地区、国家的汽车工业的发展状况对工业硅的市场兴衰有直接的影响。

非铁基合金的添加剂，工业硅也用作要求严格的硅钢的合金剂，冶炼特种钢和非铁基合金的脱氧剂。

化学工业，用于生产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅，硅橡胶弹性好，耐高温，用于制作医疗用品、耐高温垫圈等。硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。硅油是一种油状物，其粘度受温度的影响很小，用于生产高级润滑剂、上光剂、流体弹簧、介电液体等，还可加工成无色透明的液体，作为高级防水剂喷涂在建筑物表面。

工业硅经一系列工艺提纯后生成多晶硅、单晶硅，供光伏产业及电子工业使用。晶硅电池主要应用于太阳能屋顶电站、商业电站和高土地成本的城市电站，是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品，占据世界光伏市场80%以上的份额，其对金属硅的需求增速明显。现代化大型集成电路几乎都是用高纯度金属硅制成的，而且高纯度金属硅还是生产光纤的主要原料，可以说金属硅已成为信息时代的基础支柱产业。