[發明專利]一種制備高性能鋁基片狀石墨復合材料的方法

有效

• 申請號: 202210188325.1
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114619013B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 傅蔡安;傅菂;李成力;錢靜
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B22D17/02
• 分類號: B22D17/02;B22D17/14;B22D17/22;B22D19/02
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 嚴梅芳

一種制備高性能鋁基片狀石墨復合材料的方法，采用鋁金屬與增強相片狀石墨進行結合，制備出具有高導熱的導熱復合材料，將片狀石墨一層層交錯平鋪在壓力成形模具中，通過壓頭擠壓的作用，制備出片狀石墨塊，然后對壓力成形模具二次加工，使其具有上下開口，為融鋁的壓力浸滲做準備。為了避免制備過程中片狀石墨的氧化失重問題，制備過程采用真空加熱爐，使鋁液在真空環境進行熔融浸滲，完全覆蓋住片狀石墨，避免了片狀石墨與空氣接觸發生氧化反應；本發明最后采用壓力浸滲，通過壓力機的高壓使鋁液充分填充到片狀石墨空隙，形成了具有高致密度、高導熱的鋁基片狀石墨復合材料，制備出的鋁基片狀石墨復合材料可進行切削加工，即可得到各類結構的芯片散熱器。

技術領域

本發明涉及散熱期間加工技術領域，尤其是一種制備高性能鋁基片狀石墨復合材料的方法。

背景技術

科學技術的高速發展推動著電子產業的變革，如今，在軍事通訊、航空航天等領域中微電子元器件和半導體器件的集成度越來越高，尺寸不斷減小，單位面積內的熱量增加，其熱流密度變大。高的熱流密度，會給電子設備帶來嚴重的散熱負擔，若不進行合理有效的熱控制及設計，將會導致電子器件的局部過熱而最終影響到電子設備工作的可靠性與性能效率。

鋁基復合材料具有高熱導率、與封裝芯片相匹配的熱膨脹系數、質量輕、剛度大等優良性能，是目前理想的大功率集成電路模塊封裝散熱材料。其中高體積分數的鋁碳化硅復合材料研究應用較多，但是由于碳化硅的本征熱導并不高，只有400W/m·K，復合材料熱導率有局限性，難以滿足高性能領域的高功率器件的散熱要求。因此，目前人們將研究的目光聚集在具有更高熱導率的增強相材料上，包括石墨片和金剛石顆粒。片狀石墨為天然顯晶質石墨，其形似魚磷狀，具有1000W/m·K的導熱系數，相比較于普通石墨，具有更好的耐高溫、導電、導熱、潤滑、可塑及耐酸堿等性能。金剛石的熱導雖高，但其價格較貴，成本較高。并且金剛石是自然界中最硬的物質，難以加工成具有復雜結構的電子封裝材料。因此，鋁基片狀石墨復合材料不僅能滿足更高的散熱需求，并且可加工成具有復雜結構的半導體封裝材料，更適用于高性能高導熱的電子封裝領域。

然而片狀石墨高溫下易氧化，與空氣中的氧氣反應生成二氧化碳，在鋁基片狀石墨制備過程中，溫度一般都大于600℃，也會造成“失重”現象，影響產品的性能。在傳統的鋁基復合材料制備過程中一般是采用氣壓浸滲的方法，其壓力不高，容易產生氣孔，導致其產品的致密度不高。這些現已成為鋁片狀石墨的制備工藝過程中亟待解決的問題。

發明內容

本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種制備高性能鋁基片狀石墨復合材料的方法，從而在真空加熱爐內熔滲后，再經超高等壓壓鑄，制備出高性能鋁基片狀石墨復合材料散熱基板的方法。通過對真空加熱爐內的片狀石墨粉料進行抽真空、加熱、滲鋁處理，再經超高壓的等壓壓鑄等工藝，最后壓鑄完成后脫模，切割取出鋁基片狀石墨散熱基板產品，即得到高性能鋁基片狀石墨復合材料。

本發明所采用的技術方案如下：

一種制備高性能鋁基片狀石墨復合材料的方法，包括如下操作步驟：

第一步：首先將石墨片通過振動，一層一層交錯平整鋪裝入壓鑄成形模中；

第二步：在壓鑄成形模頂部的開口處蓋上蓋板；

第三步：按照石墨片在鋁石墨復合材料中的體積比的要求，用壓機的小壓頭擠壓蓋板，使石墨片至要求的高度；

第四步：然后將蓋板與鑄成形模焊為一體，并切除成形模多余部分，從而形成成形模具；

第五步：根據滲鋁的要求，在沿石墨片的紋路方向的上下板位置分別打出多個滲鋁孔和冒鋁孔；

第六步：將成形模具整體放入鋼制坩堝中，再將鋼制坩堝內的成形模具頂面位置放置鋁塊；

第七步：將裝有成形模具的鋼制坩堝一同放入真空加熱爐中，關上爐門；