[发明专利]基于辐照损伤扩散合金化的铜/钼/铜复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料的制备技术，特别涉及一种铜/钼/铜复合材料的制备方法

背景技术

钼是高熔点金属，具有优良高温强度保持性，低比热，低热膨胀系数，并且耐热冲击性能好，钼的密度还具有高的弹性模量，可适用于高度高、质量轻的用途，铜具有高的导电、导热性能，但钼是体心立方结构，铜是面心立方结构，其钼铜是互不相溶，各自在组分上保持相对独立。钼铜复合材料即具有钼高强度、低膨胀系数的特点，又有铜优异的导热导电性能它能很好的与电子器件中的硅基片、砷化镓等材料匹配封接，又能避免热应力引起的热疲劳失效，又具有良好的导热性能，因此可广泛的用于电子封装、热沉材料以及一些大功率基础电流模块上。还可以应用在微波、通讯、射频、航空航天、电子电力、大功率激光器等行业，是我国高端电子产品开发与生产的基础。

作为金属基复合材料的一种，层状金属基复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学和力学性能不同的金属在界面上实现牢固冶金而制备的一种新型材料。目前层状金属复合材料的制备方法主要有涂饰法和包覆法。制备钼铜复合材料的方法主要有机械合金化、机械热化学法、氧化物共还原法、溶胶-凝胶法等。但是这些制备方法基本上都是基于相互固溶的合金体系，利用了加热促使原子之间发生扩散形成界面层制备出层状金属基复合材料。而钼-铜是互不固溶体系，生成热为+28KJ/mol，很难发生扩散实现合金化，上述方法不适用。因此有必要研究一种新的铜/钼/铜层状金属基复合材料的制备技术。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于辐照损伤扩散合金化的铜/钼/铜复合材料及制备方法。通过采用金属等离子注入工艺将铜金属离子注入到经过打磨、脱脂处理、酸洗活化处理和表面化学刻蚀处理的钼金属板状材料中，采用电镀的方法在钼金属板表面覆铜，最后再进行氩气保护下的高温退火，使铜金属元素扩散渗入到钼金属板中，形成铜/钼/铜界面的冶金结合，从而获得了具有高界面结合强度的铜/钼/铜层状金属基复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明基于辐照损伤扩散合金化的铜/钼/铜复合材料，是以钼金属板为基体经过铜金属等离子注入，再进行电镀铜和高温退火工艺制成，铜金属厚度为20μm，基体钼金属厚度为1mm，其中钼金属与铜金属之间产生了界面扩散层，该铜/钼/铜复合材料点焊时的焊接强度达到73MPa。其制备方法包括以下步骤：

钼金属板的预处理：钼金属板经过打磨、脱脂处理和酸洗活化处理后，用去离子水清洗并真空干燥；

铜金属等离子注入：在离子注入机上将铜金属等离子注入上述钼金属板中，铜金属等离子注入剂量为1.7×10¹⁷ions/cm²，注入能量为120KeV；将注入有铜离子的钼金属板在离子注入机的真空室中放置16小时后取出；

钼金属板表面电镀铜：将上述经过铜金属等离子注入的钼金属板为阴极，铜为阳极，在铜盐镀液中进行电镀，实现钼金属板表面覆铜；

氩气保护退火：在1个大气压的氩气保护下，在气氛退火炉中于900℃温度下保温4小时进行退火。

进一步讲，铜金属等离子注入的工艺参数为：弧压升至12v，触发压升至16v，负压升至2KV，高压升至60KV，注入过程中不断调节触发频率，并保持束流密度为2.0~2.5μA·cm^-2，真空度保持在1×10^-3Pa以下。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的铜/钼/铜复合材料是通过离子注入产生辐照损伤，再通过电镀法和退火烧结制备表面均匀致密，界面结合性好的复合材料。本发明获得的铜/钼/铜复合材料工艺简单，生产效率高；由于退火烧结过程不但使铜向钼金属基体中发生熔渗，也使电镀表面致密均匀，因此，所获得的复合材料致密度高。

附图说明

图1为本发明铜金属等离子注入钼金属试样的装置示意图，其中：1－离子源，2－离子束，3－真空注入室，4－试样，5－靶盘，6－真空扩散泵，7－真空维持泵，8－机械泵，9－高压和系统控制柜；

图2为本发明钼金属表面电镀铜装置示意图，其中：10-渡槽，11-镀液，12-阳极，13-阴极，14-电源；

图3为本发明实施例1制备的未进行退火处理的铜/钼/铜复合材料的表面微观形貌照片；

图4为本发明实施例2制备的在氩气气氛炉中900℃温度下保温4小时的铜/钼/铜复合材料的表面微观形貌照片；

图5为本发明实施例3制备的铜/钼/铜复合材料经过拉伸后的断面微观形貌照片；