激光熔覆钨铜复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种激光熔覆钨铜复合材料及其制备方法，激光熔覆钨铜复合材料包含无氧铜基体和在其表面激光熔覆的钨铜表面层。该材料具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数，并具有良好的气密性和较高的结合强度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，激光熔覆钨铜复合材料包含无氧铜基体和在其表面激光熔覆的钨铜表面层。该材料具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数，并具有良好的气密性和较高的结合强度。【专利说明】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
目前，由于钨铜材料既具有极高的耐热性和良好的导电导热性，同时又具有与硅片、砷化镓及陶瓷材料相匹配的热膨胀系数，已成为一种重要的电子封装和热沉材料。尤为可贵的是其热膨胀系数、导电和导热性能，可以通过改变材料的成分而加以设计和调整，因而给该材料的应用带来了极大的方便。另外，钨铜还具有优异的微波屏蔽功能以及高的强度。正是这些特点使钨铜复合材料近年来在大规模集成电路和大功率微波器件中的应用得到了迅速发展，是目前应用最广泛的电子封装和热沉材料之一。随着电子器件的功率不断提高，以及器件的超微型化，相应功耗密度也越来越大，散热问题越来越突出，对热沉材料的性能和可靠性提出了更高的要求。目前钨铜材料的制备方法主要有高温液相烧结法和熔渗法。液相烧结法生产工序简单易控，但要求的烧结温度很高，烧结时间很长，费用较高，而且由于钨和铜两者互不相溶，材料烧结时致密化困难、孔隙度较大，目前只能达到理论密度的90-95%，影响材料的导热性能、气密封性和力学性能。为了提高其致密度，不得不增加复杂的烧结后处理工序(如复压、热锻、热压等)，但这样就增加了制备工艺的复杂性，成本增加，使其应用受到限制。熔渗法通过先制备多孔钨基体骨架，再把熔融的铜液沿颗粒间隙流动填充到多孔钨骨架孔隙中。熔渗法所制得的产品相对密度可达98-99%，但由于工艺复杂，熔渗需要在保护气氛下进行，使得材料的制造成本很高。同时熔渗后需要进行机加工以去除多余的金属铜，增加了额外的工序和费用，降低了材料的利用率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种激光熔覆钨铜复合材料，该材料具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数，并具有良好的气密性和较高的结合强度。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是:一种激光熔覆钨铜复合材料，它包含无氧铜基体和在其表面激光熔覆的钨铜表面层。进一步，所述的钨铜表面层的铜含量为10~70wt%，其余为钨。进一步，所述的钨铜表面层为单层结构或功能梯度多层结构。进一步，所述的钨铜表面层的厚度为50~1000 μ m。进一步，所述的无氧铜基体的厚度为I~5mm。本专利技术还提供 了一种激光熔覆钨铜复合材料的制备方法，先将相应含量的钨粉和铜粉均匀混合后，形成钨铜熔覆材料，再在无氧铜基体上将钨铜熔覆材料采用激光熔覆工艺形成钨铜表面层；本方法也适用于钥铜复合材料的制备。进一步，先通过预置方法将钨铜熔覆材料预先粘结或涂覆在无氧铜基体的表面，形成预置层，然后采用激光束对预置层进行扫描熔化，从而形成钨铜表面层。进一步，所述预置方法采用热喷涂工艺或粘结法；热喷涂工艺可以采用等离子喷涂工艺或火焰喷涂工艺；粘结法则采用粘结剂将钨铜熔覆材料调成膏状粘结在无氧铜基体表面。 进一步，先以载气送粉的方式将钨铜熔覆材料通过气流送入激光辐照区，从而使钨铜熔覆材料与无氧铜基体表面伴随激光扫描过程同时熔化形成冶金结合，从而形成钨铜表面层。更进一步，所述的激光熔覆工艺中采用的激光设备为CO2激光器、固体激光器或光纤激光器。采用了上述技术方案后，本专利技术采用在无氧铜基体上熔覆钨铜表面层的复合材料方案，这种复合材料中的钨铜表面层的热膨胀系数为出~9) X KT6IT1,与硅片、砷化镓及陶瓷材料相匹配，而无氧铜基体提供很高的导热率，其整体热导率达到300-350W/(m.K)，是目前块体钨铜材料的一倍，致密度达到99.5%以上，达到军工封装材料的要求。该钨铜复合材料在LDM0S、高功率半导体激光器、高功率LED以及IGBT器件等领域具有广阔的应用前旦-5^ O【具体实施方式】为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1:一种激光熔覆钨铜复合材料，其制作步骤如下:(I)采用铜粉和钨粉作为原料，比例为含铜15wt%，含钨85wt% ;加入适量异丙醇和氧化铝磨球，湿法球磨混合20小时，混合后的粉末烘干后，过100目筛；(2)采用无氧铜板材作为基体材料，厚度1mm，机械加工成所需的形状大小，熔覆前清洗表面油污后经过喷砂处理，最后酒精超声清洗；(3)将上述混合后的粉末通过激光熔覆设备制备钨铜表面层，激光设备采用光纤激光器，输出波长为1064nm，采用连续输出模式，送粉方式为同步送粉。其工艺参数为:激光功率为500W，送粉量2.0g/min,扫描速度为300mm/min。形成的钨铜表面层厚度50-1000 μ m ；(4)将喷涂完成的激光熔覆钨铜复合材料进行研磨抛光。对本实施例获得的激光熔覆钨铜复合材料进行测试，测试结果显示:材料导热率为 330W/ (m.K)，膨胀系数为 7.3 X KT6K'实施例2:一种激光熔覆钨铜复合材料，其制作步骤如下:(I)采用含铜30wt%，含钨7(^丨％的材料作为原料，并根据实施例1所述方法，进行球磨混合制粉；(2)将上述混合后的粉末通过大气等离子喷涂设备均匀喷涂到无氧铜基体表面形成预置层，喷涂参数为:氩气40L/min、氢气8L/min、电压65V、电流600A，预置层厚度50-1000 μ mD(3)对上述形成的预置层采用激光束进行扫描熔化形成钨铜表面层，激光设备采用光纤激光器，输出波长为1064nm，采用连续输出模式。其工艺参数为:激光功率为600W，扫描速度为500mm/min。对本实施例获得的激光熔覆钨铜复合材料进行测试，测试结果显示:通过等离子喷涂形成的预置层表面均匀，但具有较多的气孔，经过激光扫描后，气孔大大减少，结构致密、且与基体形成较高的结合强度。实施例3:一种激光熔覆钨铜复合材料，其制作步骤如下:(I)采用含铜IOwt %，含钨90wt %的材料作为原料，并根据实施例1所述方法进行球磨混合制粉；(2)将步骤(1)所得混合后的粉末，与粘结剂PVB混合后调成膏状，均匀粘结在基体表面形成预置层，厚度500 μ m。(3)根据实施例2所述方法，对上述形成的预置层采用激光束进行扫描熔化形成钨铜表面层。 对本实施例获得的激光熔覆钨铜复合材料进行测试，测试结果显示:用这种方法制备的钨铜表面层结构致密，导热率为300W/(m.K)，膨胀系数为6.8 X KT6K'以上所述的具体实施例，对本专利技术解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。【权利要求】1.一种激光熔覆钨铜复合材料，其特征在于:它包含无氧铜基体和在其表面激光熔覆的钨铜表面层。2.根据权利要求1所述的激光熔覆钨铜复合材料，其特征在于:所述的钨铜表面层的铜含量为10~70wt%，其余为钨。3.根据权利要求1所述的激光熔覆钨铜复合材料，其特征在于:所述的钨铜表面层为单层结构或功能梯度多层结构。4.根据权利要求1所述的激光熔覆钨铜 复合材料，其特征在于:所述的钨铜表面层的厚度为50~1000 μ m。5.根据权利要求1所述的激光熔覆钨铜复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔覆钨铜复合材料，其特征在于：它包含无氧铜基体和在其表面激光熔覆的钨铜表面层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李丰，薛卫昌，赵晓兵，
申请(专利权)人：丹阳聚辰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32