Thermische Ausdehnung, innere Spannungen und Porenverteilung in AlSiCp Metallmatrix- verbundwerkstoffen
✍ Scribed by M. Schöbel; G. Requena; H. P Degischer; H. Kaminski; T. Buslaps; M. di Michiel
- Publisher
- John Wiley and Sons
- Year
- 2007
- Tongue
- English
- Weight
- 381 KB
- Volume
- 38
- Category
- Article
- ISSN
- 0933-5137
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✦ Synopsis
Abstract
AlSi7Mg/SiC/70p (AlSiC) eignet sich als Kühlkörper wegen seiner guten Leitfähigkeit bei gleichzeitig niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) für Applikationen in der Hochleistungselektronik. Ein niedriger CTE ermöglicht dauerhaft einen guten thermischen Kontakt zwischen der Kühlplatte und dem Elektronikbauteil. Materialien mit hohem Ausdehnungskoeffizienten würden durch thermische induzierte makroskopische Spannungen in der Grenzfläche zu Delaminationen in der Kontaktfläche führen. Aus diesem Grund ersetzt AlSiC Kupfer als Kühlkörpermaterial in der Leistungselektronik.
Das Problem der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten ist in den Verbundwerkstoff transferiert und wirkt sich durch innere Mikrospannungen zwischen der Aluminiummatrix und den SiC‐Partikeln aus. Insitu Messungen während thermischer Aufheizzyklen bis 400 °C an AlSi7Mg/SiC/70p Proben wurden vorgenommen, um den Porenanteil und die inneren Spannungen zu bestimmen. Der Porenanteil wird aus Synchrotron Tomografie und die inneren Spannungen mittels Synchrotron Diffraktion (ESFR/ID15A) gemessen. Messungen während des Heizens, Kühlens und nach mehrfachem Zyklieren zeigen einen Zusammenhang zwischen den inneren Spannungen und dem Porenvolumenanteil und der Temperatur.
AlSiC verhält sich von Raumtemperatur bis etwa 200 °C thermo‐elastisch, wobei sich die dominanten Zugspannungen in der Matrix in Druckspannungen umkehren. Mit zunehmender Temperatur verformt sich die Matrix plastisch und vermindert dabei den Porenvolumenanteil. Beim Kühlen von 500 °C wird nach einer elastischen Spannungsumkehr in die Zugrichtung wieder eine Erhöhung des Porenvolumenanteils beobachtet. Unter 200 °C verhält sich AlSiC bis Raumtemperatur wieder thermo‐elastisch. Nach mehreren, extremen Temperaturzyklen von –100 °C bis 400 °C wird die Haftung der SiC‐Partikel an die Al‐Matrix des MMCs lokal gelöst und Porenwachstum beobachtet.