近年来, 随着航空航天、大规模集成电路、军事电子器材等方面的不断发展，芯片集成度和频率以及微电路的组装密度不断提高，芯片重量和尺寸不断减小，传统的电子封装材料已经不能满足这些性能要求，必须尽快研制出热膨胀系数小、导热性好、密度低的新一代电子封装材料^[1]。而具有广阔前景的高体积分数SiCp/Al复合材料作为一种新型电子封装材料，可以通过调整设计增强体含量、铝合金成分、两相比例或复合材料的热处理状态等达到复合材料的尺寸稳定、高导热、高比刚度、高比强度等优异性能，从而满足航空航天领域中电子封装材料的质量要求。近年来，该复合材料已成为材料科学前沿领域的热门研究课题。笔者仅就这一复合材料的制备方法、性能和应用研究进行综述，并对其发展方向和应用研究作了展望。

1 制备方法

国内外学者对高体积分数SiCp/Al复合材料的制备方法做了许多的研究工作。其各种方法自身的工艺、特点及优缺点见表 1。

2 性能研究概况 2.1 力学性能

为了探索高体积分数SiCp/Al复合材料力学性能的变化规律，学者们做了许多的研究工作。Carl Zweben等人研究结果表明（见表 2）^[6]：随着SiC颗粒加入量的增加，复合材料的弹性模量基本呈线性关系提高，延伸率显著降低，但强度性能并非单调的变化，当SiC颗粒体积分数处于临界点之前时，强度呈上升趋势，达到峰值后随之下降，继续增大到一定程度后，材料出现脆性断裂，说明在未发生屈服的情况下就已断裂；C.Y.Chen等^[7]对颗粒粒度对复合材料力学性能的影响研究结果是：SiCp/Al复合材料的弹性模量随SiC含量的增加而增大，与颗粒尺寸无关。但是，大尺寸颗粒易于在低应力下脆断，导致复合材料的弯曲强度和断裂韧性随着颗粒直径的减小而增大；谢盛辉等^[8]研究发现，多种粒径颗粒混和增强的合适粒度配比能改善材料的强度，细颗粒能分担大颗粒上的应力，减弱应力集中；樊建中等^[9]研究复合材料的界面状况显示，界面对载荷传递作用的发挥程度可以严重影响复合材料弹性模量的大小，界面的轻微反应会使其结合增强；陈康华等人实验结果证明^[10]，经合适预氧化处理的复合材料其界面结合强度高，利于载荷传递，材料的强度及硬度得到了显著提高。此外，为了评估颗粒增强金属基复合材料中基体变形受限制的程度，Arsenault等人发现在高体积分数的SiC/Al复合材料试样的断裂表面存在很高的位错密度，SiC颗粒会局限基体的塑性流变^[11]；谢盛辉等人研究的结论，固溶时效处理可强化铝合金基体，改变SiCp颗粒所受的应力状态，显著提高高体积分数SiCp/Al复合材料的强度^[12]。

2.2 热膨胀性能

高体积分数SiCp/Al复合材料热膨胀系数远远低于铝合金，且可视碳化硅颗粒和基体合金的情况进行调控^[13]。Carl Zweben等^[2,14-16]所研究结果总结如图 1。随着SiC颗粒含量的增加复合材料的热膨胀系数明显降低，且大致与Kerner模型相符，这些结论可用来指导此类材料的热膨胀匹配设计；Y. Ma等^[17]的研究结果，颗粒粒度对复合材料热膨胀行为无明显影响。而S.Elomari等^[18]研究证明在SiC经氧化处理后，颗粒粒度越小，复合材料界面积越大，界面处晶格畸变的影响越大，复合材料的热膨胀系数减小，且在3 μm和40 μm的SiC颗粒表面同时形成约0.75 μm厚的氧化层时，二者的热膨胀系数相差1.28×10^-6·K^-1。

2.3 热导率

对于单相材料，其热导率与材料的纯度密切相关，而复合材料的热导率取决于各组元的导热能力、体积分数、增强相的分布和尺寸及基体与增强相的界面等因素；而且复合材料制备过程中形成的气孔、微裂纹等缺陷也将影响其导热性能。其研究的结论如下：SiCp/Al复合材料的热导率随着SiC颗粒含量的增加而呈现近似于直线的下降^[14]；随着颗粒粒度增加复合材料单位体积中界面面积减少，界面热阻的影响降低，复合材料的热导率提高；当颗粒尺寸小于10 μm时，复合材料的热导率因受到大量界面热阻的作用而低于基体合金，只有当颗粒平均直径大于10 μm时，复合材料的热导率才大于基体合金（见图 2）^[19]；Al与SiC在界面处形成的针状反应物Al₄C₃降低了SiCp/Al复合材料的导热性能，且随着界面反应程度的加剧而降幅增大^[20]；由于时效初期固溶饱和度的减小及时效后期晶格畸变程度的降低，复合材料的热导率随着时效时间的延长而增大^[21]。

3 应用研究现状

通过比较高体积分数SiCp/Al复合材料与几种常用封装材料的物理参数（见表 3）不难发现。前者能保持较高热导率，使器件及时散热；有较低的热膨胀系数(CTE)与器件匹配，替代传统的Cu、Al、Invar、Kovar合金及W-Cu、Mo-Cu等封装材料作为电子器件封装，不仅可以解决其导热性问题，而且密度低、热膨胀系数可调，显示出巨大的开发应用潜力。目前，该复合材料经过研究和发展，已经步入到实质应用化阶段，但由于生产成本还较高，主要还是应用于军用电子产品。法国Egide-Xeram公司^[22]开发的一系列SiCp/Al(70 %SiC)气密封装外壳，在军用机载电子设备中获得应用；美国Lanxide和日本的Sumitomo电子公司^[23]已经成功将铝基复合材料用于功率器件底座、印刷电路板芯和微处理器端盖封装中；Lanxlde公司^[24]采用无压浸渗工艺制备的SiCp/Al复合材料，用作高能、高密度电子线路的罩，其器件重量较Kovar器件可减小三分之一。

除应用于电子封装外，利用它的比刚度比铝合金和钛合金高出一倍、低热膨胀系数与铍材接近、尺寸稳定性优于铍材等特性，制作结构-功能一体化系列构件。美国ACMC公司将其替代成本颇高、难加工和装配的铍材、微晶玻璃等用于卫星太阳能反射镜、空间遥感器高速扫描摆镜、空间激光反射镜及空间望远镜上；美国国防部也将它用于某型号惯性环形激光陀螺制导系统，并成为美国的国军标(MILM-46196) ^[25]。

国内，对这一复合材料的研究开发倍受国家和科研工作者的重视和关注，哈工大等^[2,12,25]在封装材料和高分辨率遥感卫星的光机结构部件(空间光学反射镜镜坯等)等尖端技术领域方面的应用做了不少的研究工作, 采用压力渗透法或真空压力渗透工艺技术，可进行批量试产。

4 问题及展望

综上所述，人们对高体积分数SiCp/Al复合材料的制备工艺、热性能及力学性能之规律和应用等所做的大量研究工作表明，材料的生产工艺已趋于成熟，匹配设计可调控，材料的热学性能和力学性能优异，应用前景广阔。目前，对于此类新兴复合材料，由于生产成本比较高，产品主要应用于军工行业，民用极少。因此，无论是实验、应用还是理论上还有许多的研究工作亟待突破，以下几方面是今后工作的重点与难点。

（1）加强影响材料性能的机理研究，建立相应的理论模型，以指导材料研究的设计可调控性及生产稳定和规模化；

（2）解决复合材料的低断裂韧性瓶颈，加大其实际应用领域；

（3）改善现有的制备工艺，研究新的制备方法，以降低产品生产或研究的成本，推广和挖掘其在民用方面的应用。

总之，随着其研究工作的深入开展，相信高体积分数SiCp/Al复合材料定有广泛的应用前景。