[發(fā)明專利]一種強(qiáng)化熔滲Cu用注射成形金剛石粉末脫脂坯體的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010176957.3
• 申請(qǐng)日: 2010-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN101845567A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任淑彬;曲選輝;郭彩玉;沈曉宇;何新波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/10
• 分類號(hào): C22C1/10;C22C9/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料研究領(lǐng)域，涉及一種熔滲Cu用注射成形金剛石粉末脫脂坯體的強(qiáng)化方法。

背景技術(shù)

金剛石顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料具有高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)以及高比模量等優(yōu)異的熱物理性能，可替代第二代SiCp/A1電子封裝材料成為第三代電子封裝材料。但是該種材料與第二代電子封裝材料一樣，本身具有的高硬度、高脆性等特性，使其很難通過二次機(jī)加工的方法加工成所需要形狀的器件，這樣大大限制了該種材料的廣泛使用。因此開發(fā)該種材料的近凈成形工藝非常必要。目前國內(nèi)外所廣泛采用的近凈成形工藝也與第二代SiCp/A1的工藝相同，都為液態(tài)金屬浸滲法，就是先制備出具有最終形狀的多孔增強(qiáng)相坯體，然后通過熔滲工藝將熔融態(tài)Cu金屬與多孔預(yù)成形坯復(fù)合起來，形成最終的復(fù)合材料。從該工藝的特點(diǎn)看，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的近凈成形取決于能否實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)相坯體的近凈成形。而采用陶瓷粉末注射成形工藝可以很好地實(shí)現(xiàn)金剛石粉末坯體的近凈成形，并且所制備坯體尺寸精度高，生產(chǎn)成本低。

在陶瓷粉末注射成形工藝中，蠟基粘結(jié)劑是一種廣泛采用的粘結(jié)劑體系，該粘結(jié)劑具有好的高溫流動(dòng)性和室溫保形性，并且在550℃～600℃范圍內(nèi)即可脫除干凈。熔滲通常是將熔融態(tài)的Cu金屬依靠氣體或機(jī)械加壓的方式壓入到溫度為600℃～800℃的多孔預(yù)成形坯體中，而脫脂過程是在氫氣氛中進(jìn)行，因此脫脂和熔滲通常是在不同的氣氛和爐子中進(jìn)行的，這樣就需要對(duì)脫脂坯進(jìn)行搬運(yùn)、裝爐等操作，而注射成形金剛石脫脂坯坯體無強(qiáng)度，金剛石本身的特性決定了坯體不可能通過高溫?zé)Y(jié)進(jìn)行強(qiáng)化，如果添加其他的燒結(jié)助劑則會(huì)影響最終復(fù)合材料的性能，因此必須尋找一種既能夠有效強(qiáng)化坯體而對(duì)復(fù)合材料的性能又不產(chǎn)生影響的強(qiáng)化方法，以保證坯體在取爐、裝爐過程中不受破壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過金剛石表面鍍覆Cu金屬和坯體中預(yù)混Cu粉末的方法，依靠表面Cu鍍層與分布在多孔金剛石坯體中的預(yù)混Cu粉末之間在高溫下(780℃～870℃)的相互擴(kuò)散、焊接作用，將金剛石粉末連接起來，從而強(qiáng)化坯體，該工藝方法簡(jiǎn)單，不會(huì)引入雜質(zhì)，對(duì)最終復(fù)合材料的性能不會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

一種強(qiáng)化熔滲Cu用注射成形金剛石粉末脫脂坯體的方法，其特征在于：首先采用化學(xué)鍍覆或電鍍工藝在金剛石粉末表面鍍覆0.5～3μm厚的純Cu層，然后再將鍍Cu的金剛石粉末與一定比例的蠟基粘結(jié)劑、銅粉末進(jìn)行混合，鍍Cu金剛石粉末的體積根據(jù)金剛石在最終復(fù)合材料中所要求的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行設(shè)定，預(yù)混銅粉末的體積控制在鍍銅金剛石粉末體積的3～30％，而剩余體積分?jǐn)?shù)為蠟基粘結(jié)劑所占比例，三者混合后進(jìn)行注射成形，再將金剛石注射坯經(jīng)過溶劑脫脂和熱脫脂后，在780℃～870℃范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，保溫時(shí)間范圍40至120min；脫脂和預(yù)燒結(jié)氣氛應(yīng)選擇氫氣。在預(yù)燒結(jié)過程中預(yù)混銅粉末和金剛石表面鍍覆的Cu粉末在高溫下實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散連接，能間接實(shí)現(xiàn)金剛石粉末的相互連接，從而有效強(qiáng)化了坯體。

金剛石粉末的粒度范圍為10～200μm，金剛石粉末經(jīng)過化學(xué)鍍或電鍍Cu層的厚度應(yīng)控制在0.5～3μm厚的范圍內(nèi)，預(yù)混銅粉末應(yīng)選擇電解銅粉，其粒度應(yīng)控制在10μm～100μm范圍內(nèi)；蠟基粘結(jié)劑的主要成分：石蠟(PW)占60～80wt％，硬脂酸(SA)占3～10wt％，剩余為聚丙烯。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在不引入異質(zhì)燒結(jié)助劑的情況下，依靠Cu粉末之間具有高溫?cái)U(kuò)散燒結(jié)的特性有效將金剛石顆粒連接起來，形成具有一定強(qiáng)度的多孔金剛石坯體，如圖1所示，該方法不但能夠強(qiáng)化坯體，而且對(duì)復(fù)合材料的性能不會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

附圖說明：

圖1為注射成形金剛石脫脂坯體強(qiáng)化后的顯微組織照片

圖2為本發(fā)明的工藝流程圖。

圖3為實(shí)施例1燒結(jié)金剛石多孔坯體的顯微組織照片。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：制備強(qiáng)度為3MPa、金剛石體積分?jǐn)?shù)為60vol％的預(yù)成形坯