[发明专利]一种高体积分数SiCp/Al合金复合材料的粉体冶金制备方法

说明书

本发明公开了一种高体积分数SiCp/Al合金复合材料的粉体冶金制备方法，对市购的SiC粉体进行淘洗，去除其中细小的SiC颗粒，将经淘洗的平均粒径为10‑30um SiC粉体与平均粒径为5‑20um的Al合金粉体配料，双轴滚筒混料，在钢模中400‑600MPa单向压制，高纯N₂气氛保护660‑720℃常压烧结制备的50vol％SiCp/Al合金复合材料致密度可达98.5％，抗弯强度达到495MPa，热导率达到153W/(m·K)，热膨胀系数低至8.1×10^‑6/K。该高体积分数SiCp/Al合金复合材料的综合性能超过熔渗或热压法制备的类似成分的SiCp/Al合金复合材料，可用作高性能电子封装材料。

技术领域

本发明涉及一种合金复合材料的制备方法，具体地说是一种高体积分数SiCp/Al合金复合材料的粉体冶金制备方法，属于新材料及其制备工艺领域。

背景技术

高体积分数SiCp/Al合金复合材料具有高热导率、低热膨胀系数等优势，可以很好满足集成电路及电力电子器件快速发展对封装材料高热耗散，与半导体低热膨胀系数失配及可靠性的需求，成为较为理想的新型电子封装材料。同时，因优异的力学性能，如高比强度、比刚度及低密度，其在特殊精密仪器、航空航天等领域也有广阔的应用前景。因此，高体积分数的SiCp/Al合金复合材料的开发应用一直深受人们关注。

常见的SiCp/Al合金复合材料制备方法主要有：搅拌铸造法、无压熔渗法、喷射成型法、粉体冶金法等。由于SiCp与Al合金熔体润湿性差，在SiCp/Al合金复合材料搅拌铸造过程中，SiCp在Al基体中分布均匀性较差，易于出现团聚现象；且搅拌铸造易引入气体，降低SiCp/Al合金复合材料致密度。无压熔渗法在Al合金熔体具有相当高过热度的条件下实施，工艺温度高，SiCp与Al合金熔体界面反应强烈，SiCp/Al合金复合材料的显微组织及性能可控性低。SiCp/Al合金复合材料喷射成型所需设备成本较高，工艺参数控制有一定难度，显微组织均匀性较差，致密度低，需要通过热挤压、热压等二次加工实现完全致密化。

粉体冶金法可实现SiCp在Al合金基体中均匀分布，并可根据复合材料或器件的性能需求进行成分的剪裁设计；净成形工艺大幅度减少机加工成本和材料损耗；烧结温度低，可有效抑制SiCp/Al合金界面反应的发生；因此，粉体冶金法制备SiCp/Al合金复合材料得到广泛关注。目前，人们常采用热压等特种烧结工艺来制备高致密的高体积分数SiCp/Al合金复合材料(CN102676883B、CN103194630A)，但该种方法对设备要求较高，增加工艺成本；难以制备大尺寸、形状复杂的器件或制品；且用该方法制备的高体积分数SiCp/Al合金复合材料的性能也低于无压熔渗工艺制备的类似成分的高体积分数SiCp/Al合金复合材料。主要原因在于，为了提高热压高体积分数SiCp/Al合金复合材料的致密度，通常采用粗细不同的两种或多种SiC粉体级配，而添加的细小SiCp易于团聚，增加复合材料的界面热阻，且与Al合金基体的界面反应活性更大，形成Al₄C₃等反应产物，显著降低SiCp/Al合金复合材料的力学及热物理性能，制约了高体积分数SiCp/Al合金复合材料粉体冶金制备技术的发展。

发明内容

本发明旨在提供一种高体积分数SiCp/Al合金复合材料的粉体冶金制备方法，所要解决的技术问题是通过优化制备参数以提高高体积分数SiCp/Al合金复合材料的力学及热物理性能。

本发明有针对性地对市购的SiC粉体进行淘洗，去除其中的细小SiC颗粒，合理选配不同粒径的SiC粉体与Al合金粉体，提高压坯的致密度，并采用常压烧结这一最简单易行的粉体冶金材料烧结技术，替代无压渗透、热压等致密化工艺，实现高体积分数SiCp/Al合金复合材料的低成本制备，并赋予其均匀的显微组织与优异的力学及热物理性能，满足电子封装、特殊精密仪器等对新材料日益提高的性能要求，促进相关产业发展。