一种不锈钢增强铝碳化硅复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种不锈钢增强铝碳化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、粉体混合：将5

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢增强铝碳化硅复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属陶瓷复合材料
，具体涉及一种不锈钢增强铝碳化硅复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝碳化硅材料是一种轻质，低膨胀，高强度，高导热金属陶瓷复合材料，在芯片封装，功率电子器件导热散热方面有广泛应用。铝碳化硅材料的通常是将碳化硅预制体，在含氧气氛下烧结得到多孔的碳化硅预制体，然后进行铝合金熔体的浸渗处理。如CN113097153A公开一种铝碳化硅热沉基板制备方法，其方法为：将碳化硅粉料加至胶体中进行造粒，采用热等静压方式，对造粒粉施加设定压力和温度，经过设定保压烧结时间后得到碳化硅陶瓷预制体；采用真空压力溶渗法，将碳化硅陶瓷预制体放入浸渗炉中，在真空环境下施加高压惰性气体，在碳化硅陶瓷预制体表面浸渗铝合金熔体，得到铝碳化硅铸件；最后通过超声波振动切削进行机加，表面金属化镀覆处理，得到铝碳化硅热沉基板。
[0003]上述方法中，碳化硅预制体氧化后会生成较厚的二氧化硅层，严重降低了材料的导热率。导热率降低，影响了散热性能。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种不锈钢增强铝碳化硅复合材料，用于解决现有技术工艺中因碳化硅预制体进行有氧化烧结而在表面生成较厚的二氧化硅，进而导致材料导热率下降的技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种不锈钢增强铝碳化硅复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0009]S1、粉体混合：将不锈钢粉和碳化硅粉按照比例混合均匀；其中，不锈钢粉的重量百分比为5
‑
20％，其余为碳化硅粉；
[0010]S2、坯体成型：在S1的混合粉体中掺入一定量造孔剂成型为素坯；
[0011]S3、坯体烧结：在惰性气氛保护或真空条件下，将素坯在1350
‑
1600℃烧结，烧结后得到多孔碳化硅坯体；
[0012]S4、铝熔体浸渗：对所述多孔碳化硅坯体表面浸渗铝熔体，铝碳化硅毛坯；
[0013]S5、对所述铝碳化硅毛坯进行机加修型。
[0014]根据本专利技术的较佳实施例，S1中，不锈钢粉的种类为316L、304、420、17
‑
4、904中的一种或两种以上的任意组合。
[0015]根据本专利技术的较佳实施例，S1中，不锈钢粉粒径为1
‑
10um。碳化硅粉的粒径为15
‑
150um。优选地，按照高导热率、高尺寸稳定性技术指标要求及铝碳化硅复合材料微观组织
结构导热及抗弯强度原理，颗粒级配设计为将150um、100um、60um、15um的碳化硅原材料按8
‑
10：6
‑
8:3
‑
5：1
‑
2质量比例进行混合。
[0016]根据本专利技术的较佳实施例，S2中，所述造孔剂为淀粉、糊精、酚醛树脂、环氧树脂、聚甲醛中的一种或两种以上的任意组合。这些材料可在高温下发生分解，留下气孔，这些气孔为后续的铝熔体浸渗提供条件。
[0017]根据本专利技术的较佳实施例，S2中，造孔剂的加入量为使烧结后得到的多孔碳化硅坯体中，碳化硅的体积分数在50
‑
70％。通过调节造孔剂的加入量，可直接调控烧结后制得的多孔碳化硅坯体的气孔率大小。
[0018]根据本专利技术的较佳实施例，S2中，所述成型素胚的方法为注塑成型或干压成型。
[0019]其中，在步骤S2中进行注塑成型前，还可对S1中混合得到的混合粉体采用密炼机进行造粒，造粒后得到不锈钢碳化硅复合材料母粒，使用该颗粒直接注塑成型为素坯。
[0020]具体地，不锈钢碳化硅复合材料母粒的造粒方法包括：(1)：金属料造粒：将不锈钢粉和造孔剂投入密炼机中，混炼然后挤出并切粒，制得金属料颗粒；(2)：碳化硅复合陶瓷材料造粒：将碳化硅粉、造孔剂投入密炼机中混炼，向密炼机中加入金属料颗粒，继续混炼后进行挤出并切粒，得到不锈钢碳化硅复合材料母粒。
[0021]通过先对不锈钢粉单独造粒，再与碳化硅粉及造孔剂一同在密炼机中混炼并挤出造粒，克服因不锈钢粉与碳化硅粉各颗粒间因密度差异较大而无法制备均匀的“注塑成型”用母粒的问题。利用该方法可制成流动性好的颗粒料，以便直接注塑成型为素坯，保持素坯尺寸的精确度。
[0022]根据本专利技术的较佳实施例，S3中，惰性气氛为99.99％的氩气。优选地，烧结时间为60
‑
180min。
[0023]根据本专利技术的较佳实施例，S4中，将所述多孔碳化硅坯体浸入到700
‑
1000℃的铝熔体中，保温60
‑
240min，得到铝碳化硅毛坯。
[0024]根据本专利技术的较佳实施例，S5中，所述机加修型包括：将铝碳化硅毛坯进行机械加工，去除多余铝层，得到不锈钢增强铝碳化硅复合材料。优选地，通过超声波振动切削技术对铝碳化硅毛坯进行机加修型。
[0025]根据本专利技术的较佳实施例，S4中，采用真空压力溶渗法，所述多孔碳化硅坯体放入石墨或钢制模具中，再置于浸渗炉中，在真空环境下施加高压惰性气体，在所述多孔碳化硅坯体表面浸渗铝熔体，得到铝碳化硅毛坯。其中，为提高铝熔体的浸润性，在铝熔融过程中调配镁含量，使得铝熔体中含有质量分数为0.3
‑
0.6％的镁。
[0026]进一步地，可对浸渗后的铝碳化硅毛坯进行热处理，以50
‑
100℃/小时的升温速度将铝碳化硅毛坯升温至430
‑
550℃，其中优选为450℃，保温4
‑
6小时，经水浴淬火后冷却至室温，以10
‑
50℃/小时的升温速度将铝碳化硅毛坯升温至180
‑
190℃，保温2.5
‑
3.5小时，在空气中自然冷却至室温。通过热处理以去除内应力，减小材料的变形。针对热处理完的铝碳化硅毛坯，需要进行一定的机加修型，更具体的是通过超声波振动切削结合金刚石磨头的方式，最后再对机加件表面清洗、喷砂。
[0027]第二方面，本专利技术提供一种不锈钢增强铝碳化硅复合材料，由以上任一实施例的制备方法制得。
[0028](三)有益效果
[0029]本专利技术的有益效果至少包括以下几个方面：
[0030](1)本专利技术在制备多孔的碳化硅坯体时摒弃了氧化烧结制备多孔碳化硅坯体的思路，不需要进行氧化烧结，因此可避免在碳化硅坯体表面形成一层二氧化硅而导致材料的导热率下降的问题。
[0031](2)本专利技术在成型素坯时引入了不锈钢粉与碳化硅粉一同成型素坯，不锈钢粉起到了结合碳化硅坯体的作用，其与铝相容性较好，提升了铝碳化硅的强度。
[0032](3)本专利技术在成型素坯时引入了一定量的造孔剂，通过调节造孔剂的加入量，可直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢增强铝碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：S1、粉体混合：将不锈钢粉和碳化硅粉按照比例混合均匀；其中，不锈钢粉的重量百分比为5
‑
20％，其余为碳化硅粉；S2、坯体成型：在S1的混合粉体中掺入一定量造孔剂成型为素坯；S3、坯体烧结：在惰性气氛保护或真空条件下，将素坯在1350
‑
1600℃烧结，烧结后得到多孔碳化硅坯体；S4、铝熔体浸渗：对所述多孔碳化硅坯体表面浸渗铝熔体，铝碳化硅毛坯；S5、对所述铝碳化硅毛坯进行机加修型。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，不锈钢粉的种类为316L、304、420、17
‑
4、904中的一种或两种以上的任意组合。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，不锈钢粉粒径为1
‑
10um。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述造孔剂为淀粉、糊精、酚醛树脂、环氧树脂、聚甲醛中的一种或两种以上的任意组合。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，造孔剂的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凤艳，杨光辉，梁裕华，
申请(专利权)人：广东昭信照明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：