一种片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料及其制备方法技术

一种片状石墨/氮化硼混杂增强的铝基复合材料，由高定向排列的片状石墨、片状氮化硼及片状铝或铝合金组成，各组分为：片状石墨含量为45vol％～75vol％，片状氮化硼含量为0.5vol％～7vol％，其余为片状铝或铝合金；其制备步骤包括：(1)将片状的石墨、片状氮化硼和片状铝合金与甘油的固液体积比为1:2～1:4的比例，固液进行混合，制备混合浆料；(2)将浆料经膨胀流场装置挤出，利用膨胀径向拉伸速率，制备片状粉体高定向取向的浆料；(3)将所述高定向取向的浆料，清洗、抽滤、干燥，获得排除有机物的粉体粗胚；(4)将所述粉体粗胚进行热压烧结，得到片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
一种片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料及其制备方法


[0001]本申请涉及铝基导热材料领域，具体而言，涉及一种片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代科技发展，信息化和智能化的要求越来越高，其所用电路及模块集成化、高速化的趋势越来越明显。系统功率密度增加会引起热耗散的急剧增加，传统材料的热导率较低，热聚集产生的“热点”将引起电路、模块的热失效，严重影响电子器件的性能和寿命。石墨/铝复合材料将非金属增强体的高热导、低膨胀与金属基体的易加工、良好的塑韧性等性能进行结合，得到的复合材料具有优异的综合性能，在热管理领域引起了人们极大关注。但是，由于现有技术存在石墨取向度差、分散不均匀、致密度低等问题，造成复合材料性能低。此外高含量的石墨添加造成石墨/铝复合材料强度迅速下降，不满足结构功能一体化设计要求，因此亟需提高石墨/铝复合材料的力学性能。
[0003]现有技术中为改善石墨定向排列差、层间排布不均匀等问题，主要采用添加镀铜铝片、施加冲击振动、采用石墨膜进行构型设计等方式。如专利CN111235420A通过在鳞片石墨、铝片镀铜，并在模具高度方向放置镀铜铝片，压制鳞片石墨预制件的方式，改善鳞片石墨铝基复合材料层间排布均匀性。专利CN103014400A和专利CN110343897A通过对装有鳞片石墨模具施加冲击振动，改善复合材料中石墨鳞片定向排列差、致密度低的问题。专利 CN109808282A通过对石墨膜进行构型设计和穿孔处理，实现面内高导热的特性。专利 CN111850336A将片状石墨和铝粉进行混合后，再将粘结剂与上述混合粉料进行混合，将上述浆料通过丝网印刷法印刷至衬底上得到厚膜，将厚膜进行成型加工后得到所述导热石墨复合材料，通过丝网印刷方式提高石墨材料的高定向排列，实现X
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Y面上高导热性能。此外，由于以上石墨/铝复合材料中存在的石墨取向度差、分散不均匀及致密度低，导致导热和强度难以同时提高的问题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的石墨取向度差、分散不均匀、致密度低、以及导热和强度难以同时提高的问题，本申请提出了基于膨胀流场的多组元、多梯度混合方式及其相应的制备工艺。本申请的目的在于提供一种片状石墨/氮化硼增强/铝复合材料及其制备方法，所述的复合材料各组元呈高定向均匀分布，致密度高，所制复合材料的热导率和强度得到显著提高。具体的说：
[0005]本专利技术的第一方面，是提供了一种片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料，所述增强铝基复合材料是由高定向排列的片状石墨、片状氮化硼、片状铝或铝合金制备而成，各组元尺寸呈梯度分布，片状石墨含量为45vol％～75vol％，片状氮化硼含量为0.5vol％～7vol％，其余为铝或铝合金，复合材料中各组元的高定向排列是通过特殊膨胀流场装置，利用膨胀处巨大的径向拉伸速率，控制挤出速率而形成的。
[0006]在一优选的方案中，所述的片状石墨的尺寸为400～500μm，其表面溅射有50～150nm厚的Si镀层。
[0007]在一优选的方案中，所述的片状氮化硼的尺寸为1～10μm。
[0008]在一优选的方案中，所述的片状铝合金包括并不限于2024铝合金、6061铝合金、铝硅合金等，其尺寸为90～120μm。
[0009]本专利技术的第二方面，是提供一种上述片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料的制备方法，采用基于膨胀流场的混料方式，包括以下步骤：
[0010](1)将片状的石墨、片状氮化硼、片状铝合金与甘油按照一定固液进行混合，制备混合浆料；
[0011](2)将浆料经膨胀流场装置挤出，利用膨胀处巨大的径向拉伸速率，制备片状粉体高定向取向的浆料；
[0012](3)将具有高定向取向的浆料清洗、抽滤、干燥，获得排除有机物的粉体粗胚；
[0013](4)将粗胚进行热压烧结，得到片状石墨/氮化硼混杂增强高强高导铝基复合材料。
[0014]优选的，在所述步骤(1)中，将片状的石墨、片状氮化硼、片状铝合金与甘油混合，片状组元与甘油的固液体积比为1:2～1:4。
[0015]优选的，在所述步骤(2)中，将浆料经膨胀流场装置挤出，利用膨胀处巨大的径向拉伸速率，制备片状粉体高定向取向的浆料，挤出装置的直径为1.5～3mm，挤出压力为5～10MPa，浆料挤出速率为1～10mL/s。
[0016]优选的，在所述步骤(3)中，将具有高定向取向的浆料清洗、抽滤、干燥，获得排除有机物的粉体粗胚，混合浆料经抽滤装置去除甘油，经乙醇反复冲洗2次以上，坯料在干燥箱 80
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120100℃条件下干燥20
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60min。
[0017]优选的，在所述步骤(4)中，将粗胚进行热压烧结，得到片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料，热压温度为610～650℃，热压压力为40～60MPa，保温时间10～30min。
[0018]本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0019](1)采用基于膨胀流场的液相混料方式，利用膨胀处巨大的径向拉伸速率，可以使不同尺度的两种或两种以上片状组元呈高定向排列，并有效搭接，各组元呈高定向均匀分布，提高了复合材料的致密度和热物理性能。
[0020](2)采用不同尺度的片状石墨、片状氮化硼、片状铝合金混杂增强的方式，利用不同组元的功能特性，在提高复合材料导热性能的同时，极大的提高复合材料的力学性能。
具体实施方式：
[0021]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0022]下面结合实施例对本专利技术进行具体说明。
[0023]实施例1
[0024]选取粒径为400μm、表面溅射50nmSi镀层的片状石墨，粒径为10μm的片状氮化硼，
粒径为90μm的片状2024铝合金为原料。片状石墨、片状氮化硼和片状2024铝合金的体积含量分别为45vol％、7vol％和48vol％。将片状的石墨、片状氮化硼、片状2024铝合金与甘油按照1:4的固液体积比混合均匀，制备出混合浆料；利用挤出口径为3mm的膨胀流场装置，在挤出压力为5MPa，挤出速率为10mL/s的工艺条件下，利用膨胀处巨大的径向拉伸速率，制备片状粉体高定向取向的浆料；采用无水乙醇清洗高定向取向的浆料至无甘油残留，经抽滤、100℃干燥30min，获得混合粉体粗坯；将粗坯放入石墨模具，在真空热压炉中，升温至 610℃，施加40MPa压力，保温30min，实现粗坯的致密化和冶金结合，由此制备的片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料的热导率为520W/mK，抗弯强度为260MPa。
[0025]实施例2
[0026]选取粒径为450μm、表面溅射100nmSi镀层的片状石墨，粒径为5μm的片状氮化硼，粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片状石墨/氮化硼混杂增强铝基复合材料，其特征在于，所述增强铝基复合材料的组成，包括：高定向排列的片状石墨、片状氮化硼及片状铝或铝合金，各组分体积百分比为：片状石墨含量为45vol％～75vol％，片状氮化硼含量为0.5vol％～7vol％，其余为片状铝或铝合金。2.根据权利要求1所述的增强铝基复合材料，其特征在于，所述的片状石墨的尺寸为400～500μm，其表面溅射有50～150nm厚的Si镀层。3.根据权利要求1所述的增强铝基复合材料，其特征在于，所述的片状氮化硼的尺寸为1～10μm。4.根据权利要求1所述的增强铝基复合材料，其特征在于，所述片状铝合金，包括：2024铝合金、6061铝合金或铝硅合金，其尺寸为90～120μm。5.一种权利要求1
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4任何一种所述的增强铝基复合材料的制备方法，按以下步骤：(1)将片状的石墨、片状氮化硼和片状铝合金与甘油的固液体积比为1:2～1:4的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢忠南，郭宏，张习敏，解浩峰，米绪军，黄树晖，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：