[發明專利]一種鋁基金屬陶瓷復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110292023.0
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN103031479A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 林勇釗;張旭;徐述榮;林信平
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C22C29/00
• 分類號: C22C29/00;C22C1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋁基金屬陶瓷復合材料及其制備方法。

背景技術

鋁基金屬陶瓷復合材料是復合材料領域中研究最多、應用最廣的一種復合

材料。該復合材料因其具有優異的物理和力學性能，已成為最為理想的電子封裝材料之一。

目前，制備鋁基金屬復合材料常用無壓浸滲法制備。無壓浸滲法的原理是利用高溫熔融狀態下的金屬鋁液與碳化硅基體之間的潤濕性，讓金屬鋁液在毛細作用下自動填滿碳化硅基體間的空隙，冷卻后即得到具有三維網絡結構的金屬/陶瓷復合材料。相比對于壓力熔滲法，由于沒有外力的幫助，鋁液只能依靠重力和毛細作用力對碳化硅基體進行滲透，因此熔融鋁液在高溫下的粘度就顯得十分重要。

現有的鋁合金的粘度大，在無壓熔滲時需要高溫及較長的時間才能將熔融的鋁液熔滲到陶瓷基體中去。

發明內容

本發明為解決現有的無壓熔滲方法制備鋁基金屬陶瓷復合材料需要較高溫度及較長時間的缺陷，從而提供一種較低溫度計較短時間的無壓熔滲方法及其制備的鋁基復合材料。

本發明提供了一種鋁基金屬陶瓷復合材料，該復合材料包括陶瓷及鋁合金，所述鋁合金中含有助熔劑，所述助熔劑為錫和/或鍺；以鋁合金總重量為基準，所述助熔劑的含量為0.1-10wt%。

本發明還提供了該復合材料的制備方法，該方法為，先將陶瓷粉體與粘結劑混合后成型，然后排膠、預燒獲得預制件，最后采用無壓熔滲工藝將預制件與鋁合金復合，制得鋁基金屬陶瓷復合材料，所述無壓熔滲的條件為：熔滲溫度為750-950℃，保溫時間為0.5-2h，常壓氮氣氣氛。

現有的無壓熔滲方法需要在900-1100℃高溫，鋁液流動性才能滿足無壓滲鋁的要求，這樣高的溫度，鋁液中的成分容易揮發，同時也不利于無壓熔滲夾具的開發。本發明的鋁合金中含有錫或鍺，錫和鍺都可以降低鋁的熔點，起到助熔劑的作用，使其可以在較低溫度下熔融，并且在較低溫度時的粘度即可滿足無壓熔滲的要求。降低了無壓熔滲的溫度。

具體實施方式

為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明提供了一種鋁基金屬陶瓷復合材料，該復合材料包括陶瓷及鋁合金，所述鋁合金中含有助熔劑，所述助熔劑為錫和/或鍺；以鋁合金總重量為基準，所述助熔劑的含量為0.1-10wt%。

本發明的鋁合金中含有錫或鍺，錫和鍺都可以降低鋁的熔點，起到助熔劑的作用，使其可以在較低溫度下熔融，并且在較低溫度時的粘度即可滿足無壓熔滲的要求。降低了無壓熔滲的溫度。

優選地，為了能夠更好的降低鋁合金的熔點并且不影響鋁基金屬陶瓷復合材料的性能，以鋁合金的總重量為基準，所述助熔劑的含量為0.1-5wt%。本發明中，在鋁合金可以單獨含有其中錫和鍺中的一種，也可以加兩種的混合物。對與錫和鍺的混合物，他們的量各是多少沒有限制，只要能能起到降低熔點的作用即可。

優選地，以復合材料的總體積為基準，所述復合材料中陶瓷的含量為55-80vol%，所述鋁合金的含量為20-45vol%。

優選地，為了兼顧材料的熱導率和線性熱膨脹系數之間的平衡，所述鋁合金含有鎂，以鋁合金的總重量為基準，所述鎂的含量為1-8wt%。

優選地，所述陶瓷為碳化硅或氧化鋁。選用這兩種陶瓷的原因有：1）?熱膨脹系數低，碳化硅膨脹系數為4-5ppm/K，氧化鋁的膨脹系數為6-7ppm/K；2）來源廣泛，產品成熟，價格低廉。

優選地，所述陶瓷的平均粒徑沒有特別的限制。為了獲得陶瓷顆粒含量盡量高的預制件，陶瓷一般不能選擇單一的粒徑，必須多種粒徑粉體搭配使用，如1-10微米、10-30微米、30-60微米、60微米以上等各種粒徑的粉體搭配混合。

本發明還提供了該鋁基金屬陶瓷復合材料的制備方法，該方法為，先將陶瓷粉體與粘結劑混合后成型，然后排膠、預燒獲得預制件，最后采用無壓熔滲工藝將預制件與鋁合金復合，制得鋁基金屬陶瓷復合材料，所述無壓熔滲的條件為：熔滲溫度為750-950℃，保溫時間為0.5-2h，常壓氮氣氣氛。

優選地，所述鋁合金是在純鋁或現有的鋁合金中加入錫和/或鍺后通過熔煉形成。所述熔煉的條件為：將現有的鋁合金及Sn和/或Ge放置在感應爐中進行熔煉，熔煉電流為20-30A，時間為5-10分鐘。所述現有的鋁合金是指目前1-6系鋁合金。