Исследование

Итоговый отчет (аннотация)

В рамках проекта проведены исследования адгезионной прочности тонких многослойных металлических покрытий (Al-Ti-Ni-Ag), наносимых методом магнетронного распыления на поверхность высоконаполненных металломатричных композиционных материалов на основе карбида кремния (МКМ AlSiC). Данные композиты применяются в силовой электронике для изготовления теплопроводящих оснований и термокомпенсаторов (ТК) силовых полупроводниковых приборов (СПП). Исследования проведены с целью определения оптимальных технологических условий, обеспечивающих качественное соединение композитного ТК с полупроводниковым кристаллом.В результате выполнения проекта установлена зависимость адгезионной прочности металлических покрытий от гранулометрического состава наполнителя МКМ, вида и параметров предварительной обработки поверхности композита.В ходе выполнения проекта получены следующие основные результаты:Проведен анализ литературных данных по тематике проекта и подготовлен аналитический литературный обзор.Методом вакуумно-компрессионной пропитки пористых заготовок изготовлены исследуемые образцы металломатричного композиционного материала (МКМ AlSiC) на основе алюминиевого сплава АК9 (матрица) и мелкодисперсного порошка SiC (наполнителя) двух фракционных составов: F100 (100%), F100 (90%)+М10П (10%).С целью установления соответствия физических характеристик МКМ AlSiC требованиям, предъявляемым к материалу термокомпенсаторов СПП определены: массовая доля матричного сплава в композите, шероховатость поверхности, коэффициент линейного термического расширения, коэффициент теплопроводности, модуль упругости при изгибе.С использованием метода скретч-тестирования проведены исследования адгезионной прочности многослойного металлического покрытия (Al-Ti-Ni-Ag), нанесенного на поверхность образцов МКМ AlSiC методом магнетронного распыления при различных температурах подложки. Установлено, что наибольшее значение адгезионной прочности сцепления покрытия с поверхностью композита достигается для покрытия, нанесенного на поверхность МКМ AlSiC с гранулометрическим составом наполнителя F100 (90%)+М10П (10%) при температуре подложки 200°С. Данное значение температуры подложки в процессе нанесения покрытия рекомендовано принять в качестве оптимального.Отработана методика измерения адгезионной прочности многослойного металлического покрытия на поверхности исследуемых образцов МКМ AlSiC методом неравномерного отрыва (отслаивания).Методом неравномерного отрыва (отслаивания) исследованы зависимости адгезионной прочности многослойного металлического покрытия: от вида механической обработки поверхности образцов МКМ AlSiC, от длительности предварительной ионно-плазменной обработки поверхности образцов МКМ AlSiC и типа рабочего газа, от длительности термообработки при температурах 350 и 450°С в атмосфере водорода и в вакууме.Установлено, что термообработка (отжиг) образцов при температуре 450°С длительностью не менее 30 мин или при температуре 350°С длительностью не менее 60 мин приводит к значительному (до 300%) возрастанию адгезионной прочности покрытия. Из результатов измерений следует, что атмосфера, в которой проводилась термообработка (отжиг) исследуемых образцов, не влияет на адгезионную прочность соединения покрытия с композитом.

Промежуточный отчет по состоянию на 15 августа 2019 года

1. Исследована зависимость адгезионной прочности многослойного металлического покрытия методом неравномерного отрыва (отслаивания) от режимов термообработки металлического покрытия (газовая среда, температура).

2. Исследована методом растровой электронной микроскопии микроструктура областей разрушения, формирующихся при отрыве металлического покрытия от поверхности композитного ТК. 

3. Установлено, что термообработка образцов в атмосфере водорода и в вакууме при температуре 450°С приводит к значительному возрастанию адгезионной прочности покрытия. Атмосфера, в которой проводилась термообработка исследуемых образцов, не влияет на адгезионную прочность соединения покрытия с композитом. 

4. Установлено, что отрыв металлического покрытия от поверхности образцов МКМ AlSiC в процессе проведения измерений адгезионной прочности происходит по адгезионному механизму. независимо от вида механической обработки поверхности композита, режимов предварительной ионно-плазменной обработки поверхности композита, режимов термической обработки в атмосфере водорода и в вакууме.

5. Опубликована 1 статья в журнале из перечня ВАК

Промежуточный отчет по состоянию на 1 июля 2019 года

Определены оптимальные условия нанесения многослойного металлического покрытия (Al-Ti-Ni-Ag) на поверхность исследуемых образцов термокомпенсаторов (ТК) методом магнетронного распыления. 

Получены результаты исследования зависимости адгезионной прочности многослойного металлического покрытия методом неравномерного отрыва (отслаивания):

– от вида механической обработки поверхности ТК (шлифовка на плоско-шлифовальном станке кругом с алмазным покрытием; шлифовка диском MD-Piano 1200; шлифовка диском MD-Piano 220);

– от режимов ионно-плазменной обработки поверхности ТК (длительность обработки, рабочий газ).

Промежуточный отчет по состоянию на 1 апреля 2019 года

Проведены исследования физических свойств металломатричного композиционного материала AlSiC в зависимости от его фракционного состава. Проведены измерения адгезионной прочности многослойных металлических покрытий, нанесенных на поверхность композита. Для проведения измерений получены две партии пористых заготовок металломатричного композита AlSiC из мелкодисперсных порошков карбида кремния фракционных составов: F100 и F100+10%М10П. С использованием технологии вакуумно-компрессионной пропитки пористых заготовок получены две партии образцов металломатричного композита AlSiC. Для каждой партии образцов измерены: массовая доля матричного сплава, коэффициент термического расширения, коэффициент теплопроводности, модуль упругости при изгибе. Исследовано влияние длительности термической обработки и температуры термообработки в атмосфере водорода и в вакууме на адгезионную прочность многослойного металлического покрытия, нанесенного на поверхность композита AlSiC методом магнетронного напыления. Методом растровой электронной микроскопии исследована микроструктура и элементный состав областей разрушения, сформировавшихся при отрыве металлического покрытия от поверхности образцов металломатричного композита AlSiC. По результатам исследований подготовлена рукопись статьи, направляемой в специализированный журнал (перечень ВАК).