一种铝碳化硅复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝碳化硅复合材料及其制备方法，方法包括：将硼硅细粉与大粒径的碳化硅颗粒混炼，得到大粒径混合料W1；将硼硅细粉与小粒径的碳化硅颗粒混炼，得到小粒径混合料W2；将大粒径混合料W1与石蜡混炼，得到物料W3；将小粒径混合料W2与石蜡混炼，得到物料W4；将物料W3和物料W4分别进行造粒，得到物料W5、物料W6；利用物料W5和物料W6铺设三明治结构，对三明治结构进行干压，得到三明治结构的坯体P0；对坯体P0进行烧结，得到具有三明治结构的碳化硅基多孔陶瓷的预制体P1；对预制体P1浸渗铝合金，得到铝碳化硅复合材料。本发明专利技术解决了现有低压真空浸渗法制备高厚度铝碳化硅基板时出现铝液渗不透、复合材料理化性能偏低的技术问题。术问题。术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铝碳化硅复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料制备及封装散热
，具体涉及一种铝碳化硅复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝碳化硅复合材料作为第三代电子封装散热材料，是一种具有高比刚度、热膨胀系数可调、导热率高的非氧化物
‑
金属复合材料，用以解决电子电路高度集成造成芯片、晶体管或半导体等的热失效问题。相较于粉末冶金、搅拌铸造和压力铸造的制备方法，低压真空浸渗法具有低成本、工艺简单、复合材料近成型且内部应力小和制备高体分铝碳化硅材料的优势。影响低压真空浸渗制备铝碳化硅基板/结构件因素：1、上下腔的压力差；2、铝液与碳化硅陶预制件间的润湿性；3、碳化硅陶瓷预制体的孔径大小及分布。然而，低压真空浸渗制备厚度较高的(如20
‑
30mm)铝碳化硅基板或结构件时，常出现铝液渗不透、理化性能偏低的缺陷，从而限制了此法在高厚度铝碳化硅基板/结构件领域的应用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种铝碳化硅复合材料及其制备方法，本专利技术解决了现有低压真空浸渗法制备高厚度铝碳化硅基板时出现铝液渗不透、复合材料理化和力学性能偏低的技术问题。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种铝碳化硅复合材料的制备方法，包括如下过程：
[0006]将硼硅细粉与大粒径的碳化硅颗粒混炼，得到大粒径混合料W1；将硼硅细粉与小粒径的碳化硅颗粒混炼，得到小粒径混合料W2；所述大粒径的碳化硅颗粒的粒径大于所述小粒径的碳化硅颗粒的粒径；
[0007]将大粒径混合料W1与石蜡混炼，得到物料W3；将小粒径混合料W2与石蜡混炼，得到物料W4；
[0008]将所述物料W3进行造粒，得到物料W5；将所述物料W4进行造粒，得到物料W6；
[0009]利用所述物料W5和物料W6铺设三明治结构，对所述三明治结构进行干压，得到三明治结构的坯体P0；其中，铺设物料时，三明治结构的中间层采用物料W5铺设，三明治结构的上层和下层采用物料W6铺设；
[0010]对所述坯体P0进行烧结，得到具有三明治结构的碳化硅基多孔陶瓷的预制体P1；
[0011]对所述预制体P1浸渗铝合金，得到所述铝碳化硅复合材料。
[0012]优选的：大粒径混合料W1中，碳化硅颗粒与硼硅细粉的质量比为100：(1.5
‑
2)；
[0013]小粒径混合料W2中，碳化硅颗粒与硼硅细粉的质量比为100：(1.5
‑
2)；
[0014]大粒径的碳化硅颗粒的目数为100～200目，80μm<D
50
<100μm；
[0015]小粒径的碳化硅颗粒的目数为400～600目，30μm<D
50
<40μm；
[0016]大粒径的碳化硅颗粒和小粒径的碳化硅颗粒的成分满足：w(SiC)≥98％；
[0017]硼硅细粉的粒径为0.3μm<D
50
<0.8μm，硼硅细粉成分满足：25％≤w(B2O3)≤30％，70％≤w(SiO2)≤75％。
[0018]优选的：将大粒径混合料W1与石蜡混炼，得到物料W3时，物料W1：石蜡的质量比为100：(6
‑
10)，温度为110
‑
120℃，时间为2
‑
4h；
[0019]将小粒径混合料W2与石蜡混炼，得到物料W4时，物料W2：石蜡的质量比为100：(6
‑
10)，温度为110
‑
120℃，时间为2
‑
4h。
[0020]优选的：物料W5的目数为80目以下，物料W6的目数为80目以下。
[0021]优选的，利用所述物料W5和物料W6铺设三明治结构时，上层、中间层和下层的质量比为(7
‑
11)：(6
‑
8)：(7
‑
11)；
[0022]利用所述物料W5和物料W6铺设三明治结构时，先在模具中用物料W6铺设下层，将下层刮平后，再在下层上面用物料W5铺设中间层，将中间层刮平后，再在中间层上面用物料W6铺设上层，将上层刮平，得到所述三明治结构。
[0023]优选的，对所述三明治结构进行干压时，轴向压力为2
‑
5MPa，保压时间为5
‑
15s。
[0024]优选的，对所述坯体P0进行烧结时，烧结温度为1050
‑
1150℃，烧结时间为20min
‑
35min；
[0025]烧结时加热的具体过程包括：
[0026]从0℃升温至200℃，用时2
‑
3h；从200℃升温至400℃，用时2
‑
4h；在400℃下保温3
‑
6h；从400℃升温至600℃，用时2
‑
3h；在600℃下保温4
‑
5h；从600℃升温至烧结温度，用时2
‑
2.5h。
[0027]优选的，对所述预制体P1浸渗铝合金时，铝合金采用调质铝合金，浸渗过程具体包括：
[0028]将预制体P1置于模具中一起预热至690
‑
710℃；
[0029]将ZL101铝合金熔化，当ZL101铝合金液温度达到670
‑
690℃时，向ZL101铝合金液中加入镁，之后一起加热至690
‑
710℃并使镁熔化，得到所述调质铝合金，其中，加入的镁的质量为ZL101铝合金液质量的0.5wt％
‑
0.7wt％；
[0030]将预热好的预制体P1和模具一起在保护气氛真空压力浸渗炉中浸渗调质铝合金，保护气氛真空压力浸渗炉的真空度为
‑
90pa，浸渗压力为1.5
‑
3MPa，保压时间为15
‑
20min。
[0031]本专利技术还提供了一种铝碳化硅复合材料，所述铝碳化硅复合材料通过本专利技术如上所述的制备方法制得。
[0032]优选的，所述铝碳化硅复合材料的理化参数如下：
[0033]铝碳化硅复合材料中碳化硅基多孔陶瓷的预制体与铝合金的体积百分比为(50～70)：(30～50)，碳化硅基多孔陶瓷的预制体的气孔率为30％～50％，碳化硅基多孔陶瓷的三点弯曲强度大于6MPa；
[0034]铝碳化硅复合材料体积分数大于99.5％、密度小于3.5g/cm3、三点抗弯强度为340～380MPa、导热系数大于195W/m
·
K，热膨胀系数小于7.5ppm/℃；
[0035]所述铝碳化硅复合材料的厚度为20
‑
30mm。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果的：
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下过程：将硼硅细粉与大粒径的碳化硅颗粒混炼，得到大粒径混合料W1；将硼硅细粉与小粒径的碳化硅颗粒混炼，得到小粒径混合料W2；所述大粒径的碳化硅颗粒的粒径大于所述小粒径的碳化硅颗粒的粒径；将大粒径混合料W1与石蜡混炼，得到物料W3；将小粒径混合料W2与石蜡混炼，得到物料W4；将所述物料W3进行造粒，得到物料W5；将所述物料W4进行造粒，得到物料W6；利用所述物料W5和物料W6铺设三明治结构，对所述三明治结构进行干压，得到三明治结构的坯体P0；其中，铺设物料时，三明治结构的中间层采用物料W5铺设，三明治结构的上层和下层采用物料W6铺设；对所述坯体P0进行烧结，得到具有三明治结构的碳化硅基多孔陶瓷的预制体P1；对所述预制体P1浸渗铝合金，得到所述铝碳化硅复合材料。2.根据权利要求1所述的一种铝碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于：大粒径混合料W1中，碳化硅颗粒与硼硅细粉的质量比为100：(1.5
‑
2)；小粒径混合料W2中，碳化硅颗粒与硼硅细粉的质量比为100：(1.5
‑
2)；大粒径的碳化硅颗粒的目数为100～200目，80μm<D
50
<100μm；小粒径的碳化硅颗粒的目数为400～600目，30μm<D
50
<40μm；大粒径的碳化硅颗粒和小粒径的碳化硅颗粒的成分满足：w(SiC)≥98％；硼硅细粉的粒径为0.3μm<D
50
<0.8μm，硼硅细粉成分满足：25％≤w(B2O3)≤30％，70％≤w(SiO2)≤75％。3.根据权利要求1所述的一种铝碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于：将大粒径混合料W1与石蜡混炼，得到物料W3时，物料W1：石蜡的质量比为100：(6
‑
10)，温度为110
‑
120℃，时间为2
‑
4h；将小粒径混合料W2与石蜡混炼，得到物料W4时，物料W2：石蜡的质量比为100：(6
‑
10)，温度为110
‑
120℃，时间为2
‑
4h。4.根据权利要求1所述的一种铝碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于：物料W5的目数为80目以下，物料W6的目数为80目以下。5.根据权利要求1所述的一种铝碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，利用所述物料W5和物料W6铺设三明治结构时，上层、中间层和下层的厚度比为(7
‑
11)：(6
‑
8)：(7
‑
11)；利用所述物料W5和物料W6铺设三明治结构时，先在模具中用物...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫明伟，王佳浩，何娟，汪震，
申请(专利权)人：洛阳亿特立新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：