[發明專利]一種高硅鋁合金的制備方法

在審

• 申請號: 201710220132.9
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN106906388A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 劉君武;周星星;江道傳
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/05;C22C1/04;B22F1/00;B22F3/02;B22F3/16
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 張雁

本發明公開了一種高硅鋁合金的制備方法，將硅粉、鋁粉或鋁硅合金粉，按硅重量含量不低于30%的計量比混合均勻后裝入密封的石墨或合金模具中，施以5~10MPa以上的軸向壓力預壓緊；然后將裝置放進底部帶水冷裝置的真空熱壓爐中升溫至580~900℃，爐內真空度保持在10~100Pa；待模具內外溫度均勻后施加不大于10 MPa的軸向壓力并保壓10~30分鐘，然后以1~10℃/分鐘的速度降溫；在降溫過程中水冷裝置持續通水從底部加快冷卻模具；待爐溫降至可操作溫度即可得到高致密度、組織均勻、硅粒子尺寸在100微米以下、性能優良的高硅鋁塊體合金。

技術領域

本發明涉及鋁合金領域，確切地說是一種高硅鋁合金的制備方法。

背景技術

隨著微電子技術的核心集成電路技術的迅猛發展，集成度迅猛增加，通過的電流越來越大，導致芯片發熱迅速上升，嚴重影響芯片工作的可靠性及使用壽命。高硅鋁合金作為一種新型的輕質電子封裝材料，不僅具有質量輕、熱傳導性優良、熱膨脹系數低，能很好地適應芯片的熱管理要求。與鋁碳化硅等其它同類材料相比，高硅鋁合金具有更佳的可焊性和易加工形，具有廣闊的應用前景。

目前制備高硅鋁合金的制備方法主要是噴射沉積+熱等靜壓、壓力熔滲、粉末冶金液相/熱壓燒結法、粉末預成形坯固相熱擠壓等。噴射沉積+熱等靜壓是國內外獲得高致密度高硅鋁合金的主要方法，該方法能獲得晶粒細小、均勻，且硅顆粒無尖銳棱角的理想顯微結構，但噴射沉積工藝參數難以控制。粉末預成形坯固相熱擠壓也能獲得晶粒細小、均勻，且硅顆粒無尖銳棱角的理想顯微結構。上述兩種技術方案在致密化的過程中都需要單位平方厘米數噸的壓力，對加壓裝備和配套模具提出了極高的要求，同時都面臨硅含量及材料尺寸增大帶來的的熱致密化越發困難的瓶頸。與鋁碳化硅封裝材料相比，高硅鋁合金最明顯不足是強度低，而且脆性更大，這就導致該材料在硅含量達到70%左右及更高時機械加工易蹦邊掉角，導致廢品率高。采用壓力熔滲和粉末冶金法制備高硅鋁合金時一般采用粗、細硅顆粒搭配來提高硅的堆積密度，制備出的高硅鋁合金內部的粗硅顆粒都具有較尖銳的棱角，可加工性明顯低于噴射沉積工藝所獲得的高硅鋁合金。

發明內容

本發明的目的在于針對上述工藝各自的優缺點，提出一種糅合壓力浸滲和粉末冶金兩種工藝的優點，在真空條件下液-固（液態鋁硅合金液滴-固態硅粉混合體）雙相等溫熱擠壓方案。與噴射沉積+熱等靜壓和粉末預成形坯固相熱擠壓技術相比，本發明提供的技術方法所熱致密化壓力僅為其1/100～1/10，而且工藝流程短，制造成本更低。

為實現本發明所述的目的，采取如下技術方案：

一種高硅鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將硅粉和鋁粉、或鋁硅合金粉，按硅重量含量不低于30%的計量比混合均勻后裝入密封的石墨或合金模具中，施以5～10MPa的軸向壓力預壓緊；

（2）然后將裝置放進底部帶水冷裝置的真空熱壓爐中升溫至580～900℃，爐內真空度保持在10～100Pa；待模具內外溫度均勻后施加不大于10 MPa的軸向壓力并保壓10～30分鐘，然后以1～10℃/分鐘的速度降溫；

（3）在降溫過程中水冷裝置持續通水從底部加快冷卻模具；

（4）待爐溫降至可操作溫度即可得到高致密度、組織均勻、硅粒子尺寸在100微米以下、性能優良的高硅鋁塊體合金。

所述的一種高硅鋁合金的制備方法，其特征在于，按以下步驟操作：

步驟一、粉末的準備。按硅含量30～70%的配比稱取硅粉和鋁粉、或者鋁硅合金粉，進行混料；

步驟二、模具的準備。在陰模內壁及上、下模沖施壓端面噴涂或涂敷含氮化硼的阻隔劑；

步驟三、粉體裝模。將陰模立式放置后裝入下模沖，然后放置柔性石墨紙壓實，再將混勻的粉末陰模模腔；接著放入柔性石墨紙，并將上模沖從上端壓入陰模內，最后沿軸向方向壓緊上、下模沖；