[發明專利]一種高體積分數SiCp/Al合金復合材料的粉體冶金制備方法

有效

• 申請號: 201710350767.0
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107177746B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 湯文明;茅學志;王斌昊;吳玉程
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C21/00;C22C32/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種高體積分數SiCp/Al合金復合材料的粉體冶金制備方法，對市購的SiC粉體進行淘洗，去除其中細小的SiC顆粒，將經淘洗的平均粒徑為10?30um SiC粉體與平均粒徑為5?20um的Al合金粉體配料，雙軸滾筒混料，在鋼模中400?600MPa單向壓制，高純N₂氣氛保護660?720℃常壓燒結制備的50vol％SiCp/Al合金復合材料致密度可達98.5％，抗彎強度達到495MPa，熱導率達到153W/(m·K)，熱膨脹系數低至8.1×10^?6/K。該高體積分數SiCp/Al合金復合材料的綜合性能超過熔滲或熱壓法制備的類似成分的SiCp/Al合金復合材料，可用作高性能電子封裝材料。

技術領域

本發明涉及一種合金復合材料的制備方法，具體地說是一種高體積分數SiCp/Al合金復合材料的粉體冶金制備方法，屬于新材料及其制備工藝領域。

背景技術

高體積分數SiCp/Al合金復合材料具有高熱導率、低熱膨脹系數等優勢，可以很好滿足集成電路及電力電子器件快速發展對封裝材料高熱耗散，與半導體低熱膨脹系數失配及可靠性的需求，成為較為理想的新型電子封裝材料。同時，因優異的力學性能，如高比強度、比剛度及低密度，其在特殊精密儀器、航空航天等領域也有廣闊的應用前景。因此，高體積分數的SiCp/Al合金復合材料的開發應用一直深受人們關注。

常見的SiCp/Al合金復合材料制備方法主要有：攪拌鑄造法、無壓熔滲法、噴射成型法、粉體冶金法等。由于SiCp與Al合金熔體潤濕性差，在SiCp/Al合金復合材料攪拌鑄造過程中，SiCp在Al基體中分布均勻性較差，易于出現團聚現象；且攪拌鑄造易引入氣體，降低SiCp/Al合金復合材料致密度。無壓熔滲法在Al合金熔體具有相當高過熱度的條件下實施，工藝溫度高，SiCp與Al合金熔體界面反應強烈，SiCp/Al合金復合材料的顯微組織及性能可控性低。SiCp/Al合金復合材料噴射成型所需設備成本較高，工藝參數控制有一定難度，顯微組織均勻性較差，致密度低，需要通過熱擠壓、熱壓等二次加工實現完全致密化。

粉體冶金法可實現SiCp在Al合金基體中均勻分布，并可根據復合材料或器件的性能需求進行成分的剪裁設計；凈成形工藝大幅度減少機加工成本和材料損耗；燒結溫度低，可有效抑制SiCp/Al合金界面反應的發生；因此，粉體冶金法制備SiCp/Al合金復合材料得到廣泛關注。目前，人們常采用熱壓等特種燒結工藝來制備高致密的高體積分數SiCp/Al合金復合材料(CN102676883B、CN103194630A)，但該種方法對設備要求較高，增加工藝成本；難以制備大尺寸、形狀復雜的器件或制品；且用該方法制備的高體積分數SiCp/Al合金復合材料的性能也低于無壓熔滲工藝制備的類似成分的高體積分數SiCp/Al合金復合材料。主要原因在于，為了提高熱壓高體積分數SiCp/Al合金復合材料的致密度，通常采用粗細不同的兩種或多種SiC粉體級配，而添加的細小SiCp易于團聚，增加復合材料的界面熱阻，且與Al合金基體的界面反應活性更大，形成Al₄C₃等反應產物，顯著降低SiCp/Al合金復合材料的力學及熱物理性能，制約了高體積分數SiCp/Al合金復合材料粉體冶金制備技術的發展。

發明內容

本發明旨在提供一種高體積分數SiCp/Al合金復合材料的粉體冶金制備方法，所要解決的技術問題是通過優化制備參數以提高高體積分數SiCp/Al合金復合材料的力學及熱物理性能。

本發明有針對性地對市購的SiC粉體進行淘洗，去除其中的細小SiC顆粒，合理選配不同粒徑的SiC粉體與Al合金粉體，提高壓坯的致密度，并采用常壓燒結這一最簡單易行的粉體冶金材料燒結技術，替代無壓滲透、熱壓等致密化工藝，實現高體積分數SiCp/Al合金復合材料的低成本制備，并賦予其均勻的顯微組織與優異的力學及熱物理性能，滿足電子封裝、特殊精密儀器等對新材料日益提高的性能要求，促進相關產業發展。