超高硅铝合金因具有低密度、低的膨胀系数、高导热等优异的性能,在电子封装领域具有广泛的应用前景。本文以超高硅铝合金(Si含量为50wt.%)为研究对象,研究了过热温度、细化剂含量以及喷射沉积技术对初晶硅形貌和尺寸的影响,系统分析了不同制备方法初晶硅相变化机理及对合金力学性能、热膨胀系数和热导率的影响规律。采用铸造方法制备的合金,初晶硅相形貌以板条状为主,随着过热温度由100℃升高到500℃,初晶硅的平均尺寸由171μm降低到103μm,但其形貌未发生明显改变。细化剂P的加入在合金中形成细小颗粒状Al P相,可为初晶硅提供异质形核质点,使初晶硅明显细化,其形貌由板条状转变为多边形的块状;当P加入量为0.5wt.%时,初晶硅平均尺寸为38μm;而过量P的加入则使Al P相产生团聚,其形貌由颗粒状向针状转变,降低了形核质点数量,初晶硅的平均尺寸略有升高。此外,P的加入改变了合金中初晶硅相的形核温度,当加入1.3wt.%P时,合金凝固过程中由于熔体中过量P的存在,Al P相的形核在较低的过冷度下就可以进行,熔体中的Si晶核依附与Al P相生长,使初晶硅的形核温度升高22.6℃;当加入0.5wt.%P时,Al P相的形核需要较高的过冷度,同时熔体中的P原子对硅相的形核有一定的抑制作用,导致初晶硅相的形核温度降低55℃。采用喷射沉积制备的合金,由于冷却速度提高,初晶硅相进一步细化,其平均尺寸为11.6μm。此时,高冷速条件过冷度对初晶硅形核质点数量的影响大于细化剂P添加的影响。采用混合酸萃取研究发现,板片状初晶硅主要以TPRE机制生长。细化剂P的加入虽然改变了初晶硅的形貌和尺寸,但其生长方式依旧是TPRE生长机制,依附于Al P相上生长的初晶硅最终形貌为团聚状,自发长大的初晶硅主要呈现低纵横比的板片状。随着冷却速度的提高,初晶硅的生长方式由小平面生长向小平面、非小平面混合生长转变。初晶硅生长的各向异性减弱,喷射沉积合金组织中出现大量块状多面体初晶硅。喷射沉积合金晶粒和初晶硅尺寸明显降低,但合金中Si含量过高,严重抑制了其变形,变形激活能达到413.17k J/mol;建立了合金的热加工图,沉积态合金在低温低应变速率区出现失稳区,在高温区功率耗散η值达到最大。采用模压和热等静压技术对合金进行致密化处理。研究结果表明,P细化合金适合采用模压法进行致密化,致密化合金经固溶处理后组织中长枝状的共晶硅转变为细小椭球状;沉积态合金适合采用热等静压致密化,致密化后初晶硅尖角逐渐钝化,均降低了合金中应力集中区。未细化合金热处理后极限抗拉强度只有36.7MPa,断口形貌呈现明显的穿晶断裂;P细化合金由于初晶硅平均尺寸降低,内部缺陷数量减少,热处理后合金极限抗拉强度达到160.3MPa,与未细化合金相比,提高了336.8%,断口出现少量韧窝;喷射沉积合金初晶硅进一步细化,热等静压和去应力退火后抗拉强度为167.8MPa,断口形貌呈现明显的沿晶断裂特征。铸造方法制备的Al-50wt.%Si合金,热膨胀系数随着孔隙率的增加和初晶硅细化而降低。喷射沉积合金由于较快的冷却速度,初晶硅内部固溶的Al原子来不及析出,该固溶体的存在使沉积态合金的热膨胀系数高于铸造方法制备的合金。随着合金致密化过程的进行,部分Al原子析出,合金的热膨胀系数降低。未细化合金由于初晶硅尺寸较大,割裂了Al基体,阻碍了Al基体的电子传热,热导率低于P细化合金。气孔的存在恶化合金的热导率,随着致密化的进行,合金热导率升高。喷射沉积制备的合金经热等静压处理后,热导率随温度升高降低的幅度低于P细化合金,低温时,热导率低于P细化合金,当温度升高到200℃时,热导率高于P细化合金。P细化合金和喷射沉积合金的热膨胀系数和热导率完全满足电子封装材料在使用过程中的热性能指标(CTE:7~13×10-6/K,TC>100W/m·K)。与其它制备方法比较发现,本文制备的合金具有更加优异的综合热性能。