[发明专利]一种复合微合金化的硅铝合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种复合微合金化的铝硅合金及其制备方法，该硅铝合金以质量百分比计包括以下组分：Si：48.0～52.0％；X：0.1～0.4％；Y：0.1～0.5％；余量为Al；所述X包括Nb；所述Y包括Mg、Cu、Mn中的一种或多种。本发明在铝硅合金中添加了Mg和/或Cu和/或Mn的同时还增加了Nb元素，Nb原子与Si、Al、Mg和/或Cu和/或Mn多种原子相互作用构成第二相，由于Nb原子与其他原子的结构差异性极大，相互之间的作用力参差不齐，导致Nb原子在其平衡位置附近发生很大幅度的振动，从而提高铝硅合金的导热性能。同时，Mg、Cu、Mn可改善铝硅合金的力学强度，而Nb在含有多种元素的情况下硬度会增强，进一步增强了铝硅合金的强度。

技术领域

本发明涉及合金制备领域，尤其涉及一种复合微合金化的硅铝合金及其制备方法。

背景技术

电子封装材料是电子元器件、组件与部件的关键材料，其性能直接关系到整机装备的结构设计、使用寿命和运行可靠性。随着现代电子系统向小型化、集成化、高功率密度及高可靠性方向发展，半导体集成电路芯片的发热量迅速上升。目前，30％的芯片性能受到封装材料的限制，高性能电子封装材料的研制刻不容缓，并在国内外引起普遍关注。

铝硅合金电子封装材料是Si含量很高的过共晶合金(12.6％，质量分数，下同)，具有密度小、热导率高、热膨胀系数低、工艺性能良好等优点，在军事、航空、航天等高技术领域具有重要应用价值。常规铸造铝硅合金中，由于制备过程冷却速率较低(小于100℃/s)，Si相宏观偏析严重、分布均匀性很差，初生Si相呈板条状、星状、多面体等多种形态，并且尺寸粗大(100μm)、棱角尖锐，严重割裂Al基体的连续性，导致铝硅合金导热性能下降。铝硅合金做成的电子封装壳体一般为结构复杂的薄壁件(壁厚1.5mm左右)，而且还有微梁、小孔等设计，因此要求铝硅合金具有高力学性能。

目前普遍的改善铝硅合金的力学性能的手段是通过调节铝硅合金熔体的凝固过程来调控Si相的分布，但是该方法受制于二元合金体系的限制，效果有限。因此大家试图采用微合金化手段，即在铝硅合金中加入一些微合金化合金元素，主要是Mg、Cu金属元素，但是这种方法在提高力学性能的同时会降低材料的热导率，难以满足电子封装材料对导热性能的要求。

发明内容

基于此，本发明提供一种复合微合金化的铝硅合金及其制备方法，能够同时提高铝硅合金的强度和热导率。

本发明所述复合微合金化的铝硅合金以质量百分比计包括以下组分：

Si：48.0～52.0％；

X：0.1～0.4％；

Y：0.1～0.5％；

余量为Al；

所述X包括Nb；所述Y包括Mg、Cu、Mn中的一种或多种。

相对于现有技术，本发明在铝硅合金中添加了Mg和/或Cu和/或Mn的同时还增加了Nb元素，Nb原子与Si、Al、Mg和/或Cu和/或Mn多种原子相互作用构成第二相，且Nb原子处于晶格的边缘，由于Nb原子与其他原子的结构差异性极大，相互之间的作用力参差不齐，导致Nb原子在其平衡位置附近发生很大幅度的振动，而固体的导热性能又依靠晶格内的振动，因此加入Nb可显著提高铝硅合金的导热性能，即提高导热率。同时，Mg、Cu、Mn可改善铝硅合金的力学强度，而Nb在含有多种元素的情况下硬度会增强，进一步增强了铝硅合金的强度。

进一步，所述复合微合金化的铝硅合金的热导率为147～162W/(m·K)。

进一步，所述复合微合金化的铝硅合金的抗拉强度为315～353MPa，抗弯强度为397～440MPa，硬度为193～215HB。

进一步，所述X还包括Sc、Zr中的一种或两种。

本发明提供的复合微合金化的铝硅合金的制备方法包括以下步骤：