[发明专利]金属基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种金属基复合材料及其制备方法和应用，所述金属基复合材料包括：金属基体和增强相，所述金属基体在所述金属基复合材料中的体积分数为5‑50％；所述增强相具有多孔结构，所述金属基体填充于所述增强相的孔隙中。本发明提供的金属基复合材料，将金属基体填充于增强相的孔隙中，并且金属基体在金属基复合材料中的体积分数控制在5‑50％范围内，使金属基复合材料具有较高的热导率和较高的抗弯曲性能，进而该金属基复合材料在制品具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种金属基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着半导体设备的微型化，对于微电子集成器件的集成度要求也越来越高。在微电子集成器件的集成度较高的情况下，所流经的电流也随其逐渐增大，因而微电子集成器件在运行过程中所产生的热量也会迅速增加，各种设备的导热、散热功能的不足便逐渐暴露出来，从而导致大量的能源被浪费，设备使用率下降。

为解决上述问题，有些研究员们开发了由硅颗粒或碳化硅颗粒增强的铝基复合材料，该铝基复合材料具有优异的导热性能、较低的热膨胀系数和密度以及相对低廉的制造成本，使其成为制造制品的首选材料之一。

在上述铝基复合材料中，由于铝基体的热膨胀系数较高(23.0×10^-6/℃)，通常需要提高复合材料中碳化硅或硅的体积分数来显著降低复合材料的热膨胀系数。现有技术中，用于制造含有高体积分数碳化硅颗粒或硅颗粒增强的铝基复合材料的工艺通常包括以下两个步骤：(1)采用合适的有机高分子粘结剂将碳化硅颗粒或者硅颗粒模压或冷等静压成一定形状的坯体；(2)采用无压或者压力浸渗的方式将液态铝与由碳化硅或者硅颗粒构成的坯体进行复合，从而制成碳化硅或者硅增强的铝基复合材料。上述工艺虽然可以制出综合性能相对较好的碳化硅或硅增强的铝基复合材料，但由于坯体成型过程中采用了有机高分子作为粘结剂，其在高温下会发生分解并失效，坯体中碳化硅或者硅颗粒之间的粘结剂消失，进而导致坯体的强度显著下降，在与金属铝复合过程中，在压力或者液态铝流动的干扰作用下，坯体容易开裂，最终导致残品率相对较高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的就是提供一种金属基复合材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种金属基复合材料，所述金属基复合材料包括：

金属基体，所述金属基体在所述金属基复合材料中的体积分数为5-50％；

增强相，所述增强相具有多孔结构，所述金属基体填充于所述增强相的孔隙中。

在本发明的一些实施方案中，所述金属基体为铝基体。

在本发明的一些实施方案中，所述增强相具有三维连通多孔结构。

在本发明的一些实施方案中，所述增强相包含陶瓷。

在本发明的一些实施方案中，所述陶瓷中包含氮化硅、碳化硅和硅。

在本发明的一些实施方案中，所述硅在所述陶瓷中的质量分数为5-15％，所述氮化硅在所述陶瓷中的质量分数为60-80％，余量为碳化硅和其它不可避免的杂质。

在本发明的一些实施方案中，所述增强相的开孔率为30-40％。

在本发明的一些实施方案中，所述增强相中孔隙的孔径为1-99μm。

第二个方面，本发明还提供了一种上述任一实施方案中所述的金属基复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：在真空条件下，将液态的金属基体熔渗入增强相的孔隙中。

在本发明的一些实施方案中，真空度为200Pa以下。