[發明專利]定向層狀多孔SiC材料及其原位合成方法

有效

• 申請號: 202110231675.7
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112851395B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 李元元;李七三;程曉敏
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/565;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明公開了一種定向層狀多孔SiC材料及其原位合成方法。該材料是由原料硅、酚醛樹脂、MoSi₂和V₂O₅原位復合制備成定向層狀多孔SiC材料，并通過孔筋連結，具有高強度、高孔隙率、工藝制備簡單、成本低等特點。

技術領域

本發明涉及多孔陶瓷領域，即是定向層狀多孔SiC材料及其原位合成方法。

背景技術

SiC增強輕金屬復合材料因具有高導熱、低熱膨脹系數以及低密度等優點，特別是其具有的性能可設計性，使其在高密度、大功率、高頻率集成電路及器件等領域備受矚目，成為電子封裝領域極具前景的最新型材料。

傳統上，Kovar合金(Ni-Fe基合金)，Cu-W，Cu-Mo，Cu和Al被用作包裝，基板承載板或散熱器。為了給已經用作基材的氧化鋁提供機械支撐，已將Kovar合金用作微波基材載體板。盡管Kovar合金的熱膨脹系數幾乎與氧化鋁相當，但其熱導率卻很差。Cu–W和Cu–Mo具有合適的熱膨脹系數(CTE)和熱導率，但涉及的密度和加工成本很高。盡管Cu和Al具有較高的熱導率，但它們的CTE卻更高。因此，需要少量的熱應力補償材料，例如氧化鋁。但是，由于氧化鋁的附加熱阻，不再能夠實現Cu或Al更快散熱的能力。傳統材料無法消散由于功率密度不斷提高而產生的熱量，這導致了替代包裝材料的發展，例如Al/SiC復合材料。從替代包裝材料的角度來看，這些用作封裝的新型復合材料的主要特征是可以通過更改Al、Cu等高導熱率的金屬材料及其合金與SiC的比例來定制CTE。

陶瓷預成型件的液態金屬滲透是生產具有高體積分數的各種復雜形狀的金屬基復合材料組件的最合適的制造方法。因此，高強度、高孔隙率、孔均勻分布的多孔陶瓷預成型體的合成是復合材料滲透處理中涉及的關鍵步驟之一。這些多孔陶瓷的誘人特性如耐熱性，低密度，可控滲透性，低熱膨脹系數，高表面積和高結構均勻性使其成為多種工程應用的潛在候選者。

在定向貫通多孔制備上，何新波(CN102173853A)等人通過纖維編織方式制備二維或準三維的碳纖維預制件，其中，所述碳纖維預制件的碳纖維體積分數控制在30～55％，然后通過化學液氣相沉積制備SiC多孔陶瓷。雖然孔徑均勻，孔隙定向排列且連續貫通，長徑比大，孔隙形態為連續纖維狀的高度定向貫通型多孔SiC陶瓷強度，但這種制備方式成本高、對工藝要求嚴格。另外，制造定向多孔陶瓷的方法還有冷凍鑄造、擠出成型和模板法，但這些方法制備的多孔陶瓷孔筋強度均不高。

張偉峰等(CNCN105523765A)通過在SiC粉末中加入Al₂O₃與Na₂SiO₃，利用Al₂O₃與Na₂SiO₃的協同作用增加多孔預制體強度，雖然抗彎強度得到提升，但其網絡結構不易控制，且孔隙率低。

發明內容

本發明針對現有用于電子元器件封裝領域所用的多孔SiC材料的抗彎強度不足，孔隙分布不均，以及孔隙率不夠大的問題，目的是提供一種高孔隙率、高強度與孔隙分布均勻的多孔SiC材料，具有高強度、高孔隙率等特點。

為了達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一種定向層狀多孔SiC材料，由原料硅、酚醛樹脂、MoSi₂和V₂O₅制備而成。其中，硅與MoSi₂質量比為12～16:1，硅與酚醛樹脂的質量比為2～12:1，V₂O₅粉末占其余三種原料總質量的0.5～2％。其中，硅與酚醛樹脂的質量比優選為3～9:1。