[发明专利]一种具有可受控孔隙率的多孔碳化硅预制体及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种具有可受控孔隙率的多孔碳化硅预制体及其制备方法，所述多孔碳化硅预制体由三种不同粒径的碳化硅粉体进行混合后复合形成，且按照质量百分比计：包括50％～60％的粒径为100～120μm的碳化硅粗粉、30％～40％的粒径为30～40μm的碳化硅细粉和10％～15％的粒径为6～8μm的碳化硅微粉，并经过混合‑一次球磨‑干燥‑二次混合球磨‑除气‑模制成型‑加热消除‑烧结成型‑检测‑渗透填充，最终得到铝碳化硅复合材料，保证了所制作处的铝碳化硅复合材料的质量，使得生产出的铝碳化硅复合材料的孔隙率和孔径质量得到保证。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种具有可受控孔隙率的多孔碳化硅预制体及其制备方法。

背景技术

大功率IGBT(绝缘栅双极晶体管)模块在工作时，会产生大量的热，尤其是工作电流达到600A以上的IGBT模块。随着半导体技术的不断发展，大功率模块芯片集成度提高、芯片功率也不断提高，IGBT的工作温度也随之不断上升，相应的对封装材料尤其是散热基板的要求也不断提高，不仅要求散热基板具有与电子芯片相匹配的较低的线膨胀系数，要求满足轻量化的需求，同时要求材料的密度尽可能的低、弹性模量尽可能的高，而且还要有较高的热导率，并有一定的可加工性。

Al-SiC(铝碳化硅)复合材料以其独特的高导热、低膨胀系数和抗弯强度的结合优势，使其在高功率电子封装领域成为不可替代的材质。工业制造上，一般先将碳化硅颗粒制造成目标成品形状的碳化硅预制体。这种预制体分布大量的通过性孔隙。然后用专门设备，将熔融的铝液压铸进微空隙之中，形成铝碳化硅复合材料。因此，碳化硅预制体的孔隙率对于制备高品质铝碳化硅复合材料有着极其重要的影响，如何调控碳化硅预制体孔隙率是高品质复合材料制备的关键所在。但是目前现有技术制备的碳化硅预制件存在孔隙率不可控以及内部存在闭孔的缺陷，难以满足电子封装对材料的散热要求以及不利于高品质复合材料制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有可受控孔隙率的多孔碳化硅预制体及其制备方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种具有可受控孔隙率的多孔碳化硅预制体，所述多孔碳化硅预制体由三种不同粒径的碳化硅粉体进行混合后复合形成，且按照质量百分比计：包括50％～60％的粒径为100～120μm的碳化硅粗粉、30％～40％的粒径为30～40μm的碳化硅细粉和10％～15％的粒径为6～8μm的碳化硅微粉。

所述成型仓位于所述熔炼仓的上方，且成型仓的内部与石墨坩埚的内部通过升液管连通，用于将石墨坩埚中的铝合金熔体输送至成型仓中，并填充至碳化硅预制体的内部和表面。

一种具有可受控孔隙率的多孔碳化硅预制体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

混合：将碳化硅粗粉、碳化硅细粉、碳化硅微粉和质量分数为5％～8％的的烧结添加剂进行混合，形成碳化硅混合粉体；

一次球磨：将碳化硅混合粉体通入至至球磨机中进行球磨，且在通入至球磨机之前在球磨机中注入乙醇溶液，一次球磨后形成具有碳化硅粉体和烧结添加剂的混合悬浮体；

干燥：将混合悬浮体通入至填充有惰性气体的干燥设备中进行干燥；

二次混合球磨：将干燥后的混合悬浮体通入至球磨机中，并在球磨机中添加作为分散剂的聚乙烯吡咯烷酮、作为单体的丙烯酰胺和作为交联剂的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，与高在后的混合悬浮体进行球磨并形成二次悬浮体；

除气：对二次悬浮体进行除气；

模制成型：将经过除气的二次悬浮体通入至成型模具中进行模制，并形成多孔碳化硅半成品；

加热消除：将多孔碳化硅半成品放置填充有惰性气体的加热设备中进行加热，将粘附和填充在多孔碳化硅表面和内部的孔的有机物进行加热消除，使得多孔碳化硅半成品表面和内部的孔显现出来；