[发明专利]一种铜-纳米碳化硅-铝三明治结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铜‑纳米碳化硅‑铝三明治结构复合材料及其制备方法。其技术方案的步骤依次是：纳米碳化硅粉末的预处理；待加工铜材和铝材的表面毛化处理；铜‑纳米碳化硅‑铝的三明治结构组装；铜‑纳米碳化硅‑铝三明治结构材料复合轧制；铜‑纳米碳化硅‑铝三明治结构轧制材料稳定化处理；制得铜‑纳米碳化硅‑铝三明治结构复合材料。本发明具有工艺简单、生产周期短和制备成本低的特点，所制制品强度大、热膨胀系数低、导热性高、耐腐蚀性能优良、表面机械啮合水平高、塑性变形能力强和结合强度好。

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷金属三明治结构复合材料的技术领域。尤其涉及一种铜-纳米碳化硅-铝三明治结构复合材料及其制备方法。

背景技术

复合材料应用及其制备方法是社会经济飞速发展和科技进步的必然要求，当前能源领域、电子通信领域、机械制造领域和特殊结构领域中单一材料的性能已不能满足行业的需要。而集多种单一材料优良性能于一体的复合材料因具有更加优异的综合性能而广受重视，其中低成本、高性能的金属基复合材料及其制备技术成为本领域技术人员重点关注与研究的对象。

“冷轧铜铝复合材料生产工艺”(201310325006.1)专利技术，制得的铝铜双金属复合材料在常规条件下可替代纯铜材料用作电力系统中的导电器件，但在高导热和大功率的精密电子器件中则不能满足使用要求；“一种Cu-MoCu-Cu复合板材的制备方法”(201110248203.9)专利技术，制得的Cu-MoCu-Cu复合材料可以作为高导热器件和大功率电极等导电导热要求高、耐热散热效果好的精密电子元器件，但MoCu合金制备困难、材料利用率低、工艺繁琐和成本高昂。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、生产周期短和制备成本低的铜-纳米碳化硅-铝三明治结构复合材料的制备方法，用该方法所制备的铜-纳米碳化硅-铝三明治结构复合材料强度大、热膨胀系数低、导热性高、耐腐蚀性能优良、表面机械啮合水平高、塑性变形能力强和结合强度好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

第一步、纳米碳化硅粉末的预处理

先将粒径为20～80nm的碳化硅粉末在坩埚炉中于800～1100℃条件下热处理1～3h，热处理期间每隔0.5h搅拌一次，随炉冷却，得到表面被氧化的纳米碳化硅粉末。

将所述表面被氧化的纳米碳化硅粉末置于浓度为3～6wt％的氢氟酸溶液中，超声波振动0.5～2h，再用氢氧化钠溶液调节至pH＝7，静置8～12h；然后将静置后的溶液洗涤3～5次，过滤，干燥，得到预处理后的纳米碳化硅粉末。

第二步：待加工铜材和铝材的表面毛化处理

将待加工铜材在280～500℃条件下退火0.5～1.5h，得到退火后的待加工铜材；将退火后的待加工铜材的一面和待加工铝材的一面分别用电动钢丝刷进行表面毛化处理，表面毛化处理后的粗糙度均为Ra50～100μm，所述表面毛化处理的方向与待轧制方向相互垂直。

所述待加工铜材的厚度为0.5～1.5mm；所述待加工铝材∶所述待加工铜材的厚度比为(2.5～4)∶1，所述待加工铝材的宽度减去所述待加工铜材的宽度为1～3mm。

第三步：铜-纳米碳化硅-铝的三明治结构组装

将所述预处理后的纳米碳化硅粉末装在储粉罐内，所述储粉罐与高压喷嘴相连。再将表面毛化处理后的铜材固定在喷粉箱中，在气压为0.8～1.2MPa、流量为0.1～0.3L/min和喷粉量为0.5～1.2g/min的条件下，用高压喷嘴向所述喷粉箱内喷粉至铜材毛化表面的层厚为0.2～1.5μm，静置0.15～0.5h，得到固-粉双层结构的铜-纳米碳化硅材料。然后将表面毛化处理后的铝材毛化面与所述固-粉双层结构的铜-纳米碳化硅材料的粉末沉降面相对叠置，得到固-粉-固三明治结构的铜-纳米碳化硅-铝组装材料。