[发明专利]一种基于水基粘结剂的碳化硅预制件制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于水基粘接剂的碳化硅预制件制备方法，属于电子封装金属基复合材料制备技术领域。

背景技术

传统封装金属材料铝合金、无氧铜的热膨胀系数都较大，与氧化铝、氮化铝和低温共烧陶瓷等基板的膨胀系数差异大；以柯伐合金为代表的膨胀合金热导率低；W～Cu合金密度大，均存在一定不足。高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料(以下简称：铝碳化硅)可根据不同产品使用性能的需要，对其组份进行设计。热膨胀系数、热导率、气密性是铝碳化硅封装材料的重要性能指标，这些性能参数主要取决于增强相的分布和粒径、形貌、体积分数、晶体结构及基体一增强相界面等因素。另外，复合材料制备过程中形成的气孔、微裂纹等缺陷也将影响材料性能。上述问题都与复合材料预制件的成型及预制件性能参数有关。

在所有素坯成型工艺中，干法成型对操作人员技能和设备要求低。干法成型也称模压成型、干压成型，是指将经过造粒、流动性好、假颗粒级配合适的粉料，装入模具内，通过施加外压力，使粉料压制成一定形状的坯体的方法。低温粘结剂不但要保证素坯干压后有可靠的强度，必要的润滑效果使其吸附在颗粒表面及模型壁上，减少颗粒表面的粗糙程度，并能使模具润滑，从而减少颗粒内外摩擦，降低成型时的压力损失，最终提高素坯密度、强度、均匀性；高温粘结剂一方面要保证素坯烧结后具有高强度，另一方面由于其存在于颗粒表面，希望其对浸渗后的复合材料性能的影响不大，或对性能还有所提高。高温粘结剂主要是磷酸铝(由磷酸铝溶液或磷酸二氢铝溶液脱水转化而成)和氧化硅(由硅溶胶溶液或有机硅树脂转化而成)。

专利号为02139732.5的中国专利采用磷酸铝溶液和聚乙二醇、糊精、糯米粉组成的粘接剂制备碳化硅预制件，一方面由聚乙二醇、糊精和糯米粉组成的低温粘结剂造粒粉流动性较差，粘接强度低，不易成型大型尺寸预制件；另一方面磷酸铝溶液为自行配制，不适宜大规模工业化生产。

专利号为200780014043.3的中国专利采用硅溶胶为碳化硅预制件的粘接剂，一方面预制件的强度低，另一方面烧结温度高，导致碳化硅颗粒表面形成非晶态的氧化硅，影响最终复合材料的热导率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于水基粘结剂的碳化硅预制件的制备方法。此方法具有工艺过程简单，造粒粉流动性好，烧结温度低，可成型制备大尺寸预制件，且预制件具有高开口孔隙率和高强度。该碳化硅预制件适合作为大功率IGBT模块散热底板铝碳化硅复合材料的浸渗用材。

本发明的技术方案是：

一种基于水基粘接剂的碳化硅预制件制备方法，包括以下步骤：

1)将碳化硅颗粒和水基粘结剂分别预热；水基粘接剂由5～10重量份的35wt％-45wt％磷酸二氢铝、5～10重量份的25wt％-35wt％石蜡乳液和5～10重量份的去离子水组成；所述碳化硅颗粒的粒径范围为3μm-140μμm，所述预热温度为40℃～70℃；

2)将预热的100重量份的碳化硅颗粒和15-30重量份的水基粘结剂在50℃～70℃捏合机中进行搅拌混合，得混合料；

3)当上述混合料含水率为4％～6％时，将混合料在90℃～120℃下烘干1h～2h，得粉料；

4)将上述粉料经30目～60目筛网进行造粒筛分，然后在40MPa～120MPa压力下进行干法模压成型获得预制件素坯；

5)将素坯置于电阻炉中进行烧结处理，烧结条件为：以每分钟3℃～5℃速率升温至300℃～350℃保温1.5h-2.5h，再以每分钟5℃～10℃速率升温至600℃～800℃保温1h～2h，冷却后获得碳化硅预制件。

所述步骤(1)中的水基粘接剂优选由5重量份的40wt％磷酸二氢铝、7重量份30wt％的石蜡乳液和10重量份的去离子水组成。

所述步骤(1)中的水基粘接剂也可以优选由6重量份的40wt％磷酸二氢铝、8重量份30wt％的石蜡乳液和6重量份的去离子水组成。

所述步骤(1)中所述碳化硅颗粒的平均粒径优选为50μm-60μm，所述预热温度优选为45℃～60℃。

所述步骤(2)优选将预热的100重量份的碳化硅颗粒和20～22重量份的水基粘结剂在50℃～60℃捏合机中进行搅拌混合，得混合料。

所述步骤(4)优选在100MPa～120MPa压力下进行干法模压成型获得预制件素坯。

所述步骤(5)中的烧结条件优选为：以每分钟4℃速率升温至350℃保温2h，再以每分钟6℃速率升温至750℃保温1.5h。

下面对本发明做进一步解释和说明：