【摘 要】
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SiC陶瓷作为结构功能一体化材料,广泛应用于高温结构陶瓷组件,半导体器件和金属基复合材料。在这些应用中,经常涉及到熔融金属在SiC陶瓷表面上的润湿性和界面行为。一般地,金
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SiC陶瓷作为结构功能一体化材料,广泛应用于高温结构陶瓷组件,半导体器件和金属基复合材料。在这些应用中,经常涉及到熔融金属在SiC陶瓷表面上的润湿性和界面行为。一般地,金属在高含量共价键陶瓷表面上的润湿性较差,通常采用对熔融金属添加活性金属元素和对陶瓷进行表面改性（如镀膜和烧结金属化）来进行改善。本论文首先对6H-SiC表面离子注入不同剂量的Si(5×1015、1×1016、5×10166 ions/cm2),并在对SiC表面进行表征的基础上,主要考察离子注入对纯金属（Cu、Al、Sn）和Cu-Al合金在6H-SiC衬底上的润湿性和界面行为的影响。离子注入的Si在6H-SiC表面主要以单质和氧化物的形式存在。随着Si离子注入剂量的增加,使6H-SiC表面产生更多的Si空位和C空位以及自由的Si和C原子,结晶度逐渐下降,导致衬底表面反应活性位点和表面能增加。在Cu/SiC体系中,随着Si离子注入剂量的增加,界面产生的石墨层厚度逐渐减少,体系润湿性被恶化。在相同Si离子注入剂量的情况下,Cu/Si面6H-SiC（Cu/Si-SiC）界面石墨层厚度要小于Cu/C面6H-SiC（Cu/C-SiC）界面石墨层厚度,但在Cu/Si-SiC体系的三相线附近区域产生更宽的石墨层,导致Cu在C-SiC衬底上的润湿性要优于其在Si-SiC衬底上的润湿性。增加润湿实验温度,熔Cu对6H-SiC衬底的石墨化作用增强,导致SiC衬底被熔破。在Al/SiC体系,随着Si离子注入剂量的增加,界面反应产物（Al4C3）厚度逐渐减少,而在三相线附近反应产物的宽度逐渐增加,同时体系的平衡接触角增加。在相同Si离子注入剂量的情况下,Al/C-SiC界面反应产物层厚度要小于Al/Si-SiC界面反应产物层厚度,但是Al/C-SiC体系的润湿性要优于Al/Si-SiC体系的润湿性。增加润湿实验温度,界面反应加剧,同时熔融Al出现挥发现象,导致体系很难达到平衡。在Sn/SiC体系,随着Si离子注入剂量的增加,Sn/C-SiC体系实现由不润湿到润湿的跨越,但Sn/Si-SiC体系润湿性几乎没有变化。在Cu-（5,10,15,20,30,35,45,50）Al/Si-SiC体系中,随着Al含量的增加,体系界面石墨化程度逐渐减少,特别是当Al含量超过45%时,石墨化现象消失。在Al-（5,10,15,30）Cu/Si-SiC体系中,随着Cu含量的增加,体系界面反应产物逐渐减少,润湿性变差。在Cu-（45,50,70）Al/Si-SiC体系中,Si离子注入可以明显改善Cu-45Al/SiC体系的润湿性,但减弱Cu-（50,70）Al/SiC体系的润湿性,且随着Si离子注入剂量的增加,Cu-（50,70）Al/SiC体系平衡接触角增加。
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