[發明專利]一種異質梯度復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910106761.8
• 申請日: 2019-02-02
• 公開（公告）號: CN109759596B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 蔡志勇;王日初;彭超群;馮艷;王小鋒
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;C22C21/02
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 程毅

本發明提供一種異質梯度材料及其制備方法，該方法將鋁基復合材料制成板坯，然后將鋁基復合材料板坯與鋁硅合金粉末按順序鋪設起來，最后在進行壓力燒結使鋁基合金復合材料和鋁硅合金緊密結合得到異質梯度復合材料。通過預先制備鋁基復合材料板坯，而不需要經過冷壓成型，可以獲得較高的體積分數，減小熱膨脹系數，易于控制鋁基復合材料層的厚度和形狀，并確保工藝的可重復性；鋁硅合金的燒結性能良好，采用粉末直接鋪設進行壓力燒結可以減少成形工序，降低成本，從而更好地滿足使用需求并保證工藝穩定性。

技術領域

本發明涉及材料工程技術領域，尤其涉及一種異質梯度復合材料及其制備方法。

背景技術

電子封裝材料是用于承載電子器件及其相互聯線，起機械支撐、密封環境保護、信號傳遞、散熱和屏蔽等作用的基體材料。

金屬基復合材料將具有良好的導熱和塑性變形性能的金屬基體以及具有較低的熱膨脹系數和較高的強度的增強體有機地結合起來，是一種熱導率和熱膨脹系數等性能在很大范圍內可控的電子封裝材料，能夠實現各種芯片和基板材料的封裝。其中鋁基復合材料具有優異的熱物理性能，并且密度較低、強度高，是非常理想的電子封裝材料。但是電子封裝殼體一般為結構復雜的薄壁件，而鋁基復合材料存在的脆性大、不易鍍覆等問題導致其不易于加工，嚴重制約了其推廣應用。

作為鋁基復合材料的改進，鋁硅合金綜合了鋁基復合材料和硅相的良好性能，具有熱導率較高、熱膨脹系數可控、比強度高、密度小(2.7g/cm³)、易于加工和鍍覆等特點，成本低廉，該材料對環境無污染，對人體無害，方便回收再利用。但是在熱導率和熱膨脹系數方面，鋁硅合金較鋁碳化硅和鋁金剛石等復合材料存在一定差距。

梯度功能材料是一種構成要素(組成、結構等)由一側向另一側呈連續梯度變化的非均質材料，其內部可達到界面消失，不僅保留了普通復合材料的組分優勢互補與成分和微觀結構可設計、可控制的主要優點，而且還引入了與傳統均質復合材料截然不同的組成和功能梯度設計思想，因此在復雜環境下使用時，要比均質材料具有更大的優勢。

目前的梯度功能材料一般是將同類材料，例如一系列硅含量不同的硅鋁合金，制成錠坯然后壓制而成。由于所用的同類材料性能相似，則最終制成的梯度功能材料性能較為單一。如果能將各種優質的異質的材料結合起來，則將豐富提高梯度功能材料的功能性。在使用鋁基的異質材料(如鋁硅合金和鋁碳化硅)制作梯度功能材料時，申請人之前嘗試過將鋁硅合金和鋁碳化硅復合材料或者將鋁硅合金和鋁金剛石復合材料各自的粉末分別冷壓成板材后再交替鋪設起來熱壓制成梯度材料，但是經過這樣的處理后，由于鋁硅合金層與鋁碳化硅層或鋁金剛四層相互滲透擠壓，難以控制最終的梯度材料中的鋁碳化硅或者鋁金剛石層的厚度，由于鋁碳化硅或者鋁金剛石層在電子封裝材料中需要起導熱、抗力學沖擊的作用，如果其厚度不可控，則嚴重影響電子封裝材料的熱學和力學性能以及工藝性能。

發明內容

基于此，本發明提供一種異質梯度復合材料及其制備方法，能夠有效控制其中鋁基復合材料層的厚度，保證電子封裝材料的品質。

本發明所述異質梯度復合材料的制備方法為：將鋁基復合材料制成板坯，然后將鋁基復合材料板坯與鋁硅合金粉末按順序鋪設起來，最后再進行壓力燒結使鋁基合金復合材料和鋁硅合金緊密結合得到異質梯度復合材料。

相對于現有技術，本發明將鋁硅合金粉末和鋁基復合材料的板坯直接鋪設進行熱壓燒結，而不需要經過冷壓成型，可以獲得較高的體積分數，減小熱膨脹系數，易于控制鋁基復合材料層的厚度和形狀，并確保工藝的可重復性；而鋁硅合金的燒結性能良好，采用粉末直接鋪設可以減少成形工序，降低成本。

進一步，所述壓力燒結溫度為450～650℃、壓力為20～50MPa。

進一步，所述鋁基復合材料的膨脹系數小于9.0×10^-6/℃。