[发明专利]一种增强相特定取向型金属基复合材料的制备方法

说明书

本发明属于金属基复合材料技术领域，涉及一种增强相特定取向型金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）制备陶瓷材料与金属材料的复合坯料；（2）在挤压装置中将上述坯料加热至金属材料的固相线温度之上，得到固液混合物并进行挤压，排出部分或全部液态材料，挤压过程中的挤压比大于0.3；所述挤压比为挤压前后样品的高度差与初始高度的比值；（3）在金属材料的固相线温度之下进行保压成形。本发明通过挤压装置将特定的液态低熔点相材料排出，使增强相颗粒呈现特定取向，并在取向方向上形成材料导热通道，以达到优化传热方向的目的。采用上述方法制备的增强相特定取向型金属基复合材料具备特定方向上优秀的热力学性能。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种增强相特定取向型金属基复合材料的制备方法。

背景技术

导热材料大多应用于电子设备、LED、微电子、通信等技术领域，近年来，电子器件呈现了微小化和集成化的发展趋势，随着电子器件功率的增大，部分区域会积累很高的热量产生热应力集中问题。为保障电子设备的性能，一些专利或文献中提出制备金属/陶瓷梯度复合材料以防止界面处应力过于集中，进而推迟材料在外力或热的作用下的屈服和失效。然而，目前金属/陶瓷梯度复合材料缺乏有效的结构设计，在微观层面上陶瓷颗粒无序分布，没有特定的择优取向，但电子器件散热具有明显的方向性，因此目前电子器件导热材料没有充分结合应用场景优化其择优导热取向，一定程度上降低了电子器件的导热性能。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种增强相特定取向型金属基复合材料的制备方法，通过挤压装置将液态的特定低熔点相材料排出，并设置挤压比，令复合材料在压力状态下凝固，以获得致密的组织，在此过程中，增强相颗粒表现出特定的取向，并沿取向方向形成稳定的导热通道。另一方面，采用上述方法制备的增强相特定取向型金属基复合材料，在取向方向上的导热系数高于其他方向，具备一定方向上优异的热力学性能，上述复合材料作为电子器件封装材料的散热底板在特定的散热方向上具有优异的导热性能。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种增强相特定取向型金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备陶瓷材料与金属材料的混合复合坯料；

（2）在挤压装置中将上述坯料加热至金属材料的固相线温度之上，得到固液混合物并进行挤压，排出部分或全部液态材料，挤压过程中的挤压比大于0.3；所述挤压比为挤压前后样品的高度差与初始高度的比值；

（3）在金属材料的固相线温度之下进行保压成形。

本发明定义挤压过程中的挤压比ε的计算式如下式（1）所示：

ε=h/h₀（1）

式（1）中h为挤压前后样品的高度差（挤压位移），h₀为样品的初始高度。

进一步的，步骤（1）中，所述复合坯料中陶瓷材料的体积分数不高于30%；其制备方法为低成本制备方法，优选为液态搅拌法、粉末冶金法、固相烧结法、液相烧结法、压力/无压浸渗法中的一种；制备过程中使用的金属材料为金属单质或合金，陶瓷材料为具有片状特性的陶瓷颗粒，具有较大的径厚比，包括但不限于碳化硼、碳化硅、金刚石、石墨、石墨烯片、碳纳米管中的至少一种。

进一步的，步骤（2）中，加热时可将低熔点金属相或需挤出的相加热至液态，使复合坯料的状态为固液共存状态；优选的，金属材料为铝合金或铜合金，铝合金加热至550℃-720℃，铜合金加热至830℃-1200℃。挤压过程中施加的压力可以依据温度及样品的情况适当调整，一般为0.1-100 MPa，挤压速率在0.1 m/s-10 m/s的范围内，优选为匀速挤压。