[發明專利]一種增強相特定取向型金屬基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202310054125.1
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN116287828A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 趙軍峰;梅海娟;趙振廷;龔偉平;李凱;林茜
• 申請（專利權）人: 惠州學院
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 廣東創合知識產權代理有限公司 44690
• 代理人: 趙瑾

本發明屬于金屬基復合材料技術領域，涉及一種增強相特定取向型金屬基復合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）制備陶瓷材料與金屬材料的復合坯料；（2）在擠壓裝置中將上述坯料加熱至金屬材料的固相線溫度之上，得到固液混合物并進行擠壓，排出部分或全部液態材料，擠壓過程中的擠壓比大于0.3；所述擠壓比為擠壓前后樣品的高度差與初始高度的比值；（3）在金屬材料的固相線溫度之下進行保壓成形。本發明通過擠壓裝置將特定的液態低熔點相材料排出，使增強相顆粒呈現特定取向，并在取向方向上形成材料導熱通道，以達到優化傳熱方向的目的。采用上述方法制備的增強相特定取向型金屬基復合材料具備特定方向上優秀的熱力學性能。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料技術領域，具體涉及一種增強相特定取向型金屬基復合材料的制備方法。

背景技術

導熱材料大多應用于電子設備、LED、微電子、通信等技術領域，近年來，電子器件呈現了微小化和集成化的發展趨勢，隨著電子器件功率的增大，部分區域會積累很高的熱量產生熱應力集中問題。為保障電子設備的性能，一些專利或文獻中提出制備金屬/陶瓷梯度復合材料以防止界面處應力過于集中，進而推遲材料在外力或熱的作用下的屈服和失效。然而，目前金屬/陶瓷梯度復合材料缺乏有效的結構設計，在微觀層面上陶瓷顆粒無序分布，沒有特定的擇優取向，但電子器件散熱具有明顯的方向性，因此目前電子器件導熱材料沒有充分結合應用場景優化其擇優導熱取向，一定程度上降低了電子器件的導熱性能。

發明內容

本發明所解決的技術問題是提供一種增強相特定取向型金屬基復合材料的制備方法，通過擠壓裝置將液態的特定低熔點相材料排出，并設置擠壓比，令復合材料在壓力狀態下凝固，以獲得致密的組織，在此過程中，增強相顆粒表現出特定的取向，并沿取向方向形成穩定的導熱通道。另一方面，采用上述方法制備的增強相特定取向型金屬基復合材料，在取向方向上的導熱系數高于其他方向，具備一定方向上優異的熱力學性能，上述復合材料作為電子器件封裝材料的散熱底板在特定的散熱方向上具有優異的導熱性能。

本發明通過以下技術方案解決上述問題：

一種增強相特定取向型金屬基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備陶瓷材料與金屬材料的混合復合坯料；

（2）在擠壓裝置中將上述坯料加熱至金屬材料的固相線溫度之上，得到固液混合物并進行擠壓，排出部分或全部液態材料，擠壓過程中的擠壓比大于0.3；所述擠壓比為擠壓前后樣品的高度差與初始高度的比值；

（3）在金屬材料的固相線溫度之下進行保壓成形。

本發明定義擠壓過程中的擠壓比ε的計算式如下式（1）所示：

ε=h/h₀（1）

式（1）中h為擠壓前后樣品的高度差（擠壓位移），h₀為樣品的初始高度。

進一步的，步驟（1）中，所述復合坯料中陶瓷材料的體積分數不高于30%；其制備方法為低成本制備方法，優選為液態攪拌法、粉末冶金法、固相燒結法、液相燒結法、壓力/無壓浸滲法中的一種；制備過程中使用的金屬材料為金屬單質或合金，陶瓷材料為具有片狀特性的陶瓷顆粒，具有較大的徑厚比，包括但不限于碳化硼、碳化硅、金剛石、石墨、石墨烯片、碳納米管中的至少一種。

進一步的，步驟（2）中，加熱時可將低熔點金屬相或需擠出的相加熱至液態，使復合坯料的狀態為固液共存狀態；優選的，金屬材料為鋁合金或銅合金，鋁合金加熱至550℃-720℃，銅合金加熱至830℃-1200℃。擠壓過程中施加的壓力可以依據溫度及樣品的情況適當調整，一般為0.1-100?MPa，擠壓速率在0.1?m/s-10?m/s的范圍內，優選為勻速擠壓。