粉末冶金法制備高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的工藝方法
【專利摘要】粉末冶金法制備高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的工藝方法，它是依據(jù)級配理論，根據(jù)碳化硅粉50%-75%、鋁粉25%-50%的體積分?jǐn)?shù)要求選用不同粒徑的碳化硅粉和鋁粉混合攪拌后，按比例加入自制粘結(jié)劑（專利申請?zhí)枺?01310570472.6一種粉末冶金法生產(chǎn)碳化硅鋁基復(fù)合材料用粘結(jié)劑）混合造粒，烘干過篩后壓制成型，在400-650℃溫度下分三段保溫?zé)Y(jié)。本發(fā)明工藝方法燒結(jié)溫度低，成品率高，所得的SiC/Al復(fù)合材料的密度為2.9８g/cm3，100℃時膨脹系數(shù)為７.８５×10-6·K-1，熱導(dǎo)率為１８９.03W（m·K）-1，抗彎強度452N。
【專利說明】粉末冶金法制備高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料成型【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是粉末冶金法制備高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅鋁(SiCp/Al)基復(fù)合材料由于具有高比強、高比模、耐高溫、耐磨、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)異的綜合性能，在航空航天、軍工、汽車、電子等領(lǐng)域中應(yīng)用前景廣闊，已成為國內(nèi)外重點研究開發(fā)的先進復(fù)合材料。碳化硅鋁基復(fù)合材料的制備工藝有多種，但到目前為止，比較成熟的方法有粉末冶金法、鑄造法、噴射沉積法、擠壓滲透法和真空吸鑄法。但最常用的和最有競爭力的方法是粉末冶金法。先將碳化硅顆粒和微晶鋁合金粉按一定比例均勻混合，制得復(fù)合坯料，用模具經(jīng)冷壓成型，然后加熱到固液兩相區(qū)進行真空或氣氛熱壓制成復(fù)合材料錠塊，再經(jīng)過二次加工制成型材和零件。
[0003]碳化硅鋁基復(fù)合材料因用途不同，目前已開發(fā)了低體分即碳化硅體積分?jǐn)?shù)^ 25%，中體分即碳化硅體積分?jǐn)?shù)3 25%，而=50%，高體分即碳化硅體積分?jǐn)?shù)3 50%，而=75%等三個類別。這三個類別由于碳化硅體積分?jǐn)?shù)量的不同，制備方法也各不相同。目前低體分和中體分碳化硅鋁基復(fù)合材料制備工藝比較成熟，制備的產(chǎn)品成品率和物理性能還較理想。
[0004]隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，電子器件中的芯片集成度越來越高，功率越來越大，對封裝材料的散熱要求也越來越高。同時芯片不斷向大尺寸化發(fā)展，陶瓷基片也越來越薄，如果封裝材料與芯片和陶瓷基片的熱膨脹系數(shù)相差太大，就很容易引起芯片和陶瓷基片的炸裂或焊點、焊縫的開裂。高體積分?jǐn)?shù)碳化硅鋁基復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱物理性能，且密度較低，是非常理想的電子封裝材料。但是由于其本身高的脆性和硬度，使得該材料很難通過二次機械加工成所需要的形狀 ，嚴(yán)重制約了該材料的應(yīng)用。
[0005]對于高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料國內(nèi)外多采用碳化硅預(yù)制件制備加滲鋁復(fù)合的方法。如專利號:200710064281“一種復(fù)雜形狀高體分比SiCp/Al復(fù)合材料的制備方法”，采用預(yù)制型骨架、溫度至900~1200°C無壓氣氛浸滲的方法制備。專利號:201310151241“一種中高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的制備方法及其裝置”。發(fā)明采用壓力鑄造法，公開了一種體積分?jǐn)?shù)為45%~70%的中高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的制備方法，并為該方法設(shè)計了專用保壓/排氣裝置，將熔融的鋁液倒入預(yù)熱后的凹模，鋁液受壓后向碳化硅多孔骨架浸滲，獲得碳化娃招基復(fù)合材料。
[0006]碳化硅預(yù)制件制備加滲鋁復(fù)合的方法。有以下方面的缺點:
一是制備碳化硅預(yù)制件需要采用高溫(大于1000°c)，燒結(jié)溫度高、耗時長、能耗高。二是預(yù)制件滲鋁合金熔液需在真空壓力環(huán)境下進行，對設(shè)備性能、工藝要求高，難度大、成本高。三是得到的產(chǎn)品孔隙率大且高溫?zé)Y(jié)過程中容易產(chǎn)生雜相與有害界面相AI4C3，從而影響鋁液的滲入和復(fù)合材料的整體 性能，且成品率不高(70%)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種燒結(jié)溫度低、成品率高的粉末冶金法制備高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的工藝方法。
[0008]本發(fā)明的工藝方法步驟如下:
a、依據(jù)級配理論，根據(jù)碳化硅粉50%-75%、鋁粉25%-50%的體積分?jǐn)?shù)要求選用粒徑W10-W60碳化硅粉和粒徑W1-30的鋁粉，分別倒入混料機中混合攪拌均勻，制得復(fù)合合金粉末造粒坯料；
b、按復(fù)合合金粉末造粒坯料:粘結(jié)劑為5-10:1的質(zhì)量比準(zhǔn)確稱量本發(fā)明人自制粘結(jié)劑 (申請?zhí)?201310570472.6 一種粉末冶金法生產(chǎn)碳化硅鋁基復(fù)合材料用粘結(jié)劑，由8份植物蛋白、14份蟲膠、3份聚氨酯膠粘劑分別溶于75份甘油溶劑而成)，將復(fù)合合金粉末造粒還料與粘結(jié)劑混合造粒；
C、將混合物在50-60°C烘干后過篩，在40-60Mpa下壓制成型；d、將壓制成型的鋁碳化硅生坯在燒結(jié)設(shè)備中氬氣環(huán)境下從400°C _650°C分段保溫?zé)Y(jié)，得到高體積分?jǐn)?shù)鋁基碳化硅顆粒增強復(fù)合材料。
[0009]附圖為本發(fā)明工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0010]實施例1:制備碳化硅體積分?jǐn)?shù)為50%的SiC/Al復(fù)合材料。
[0011 ] a、碳化硅粉的體積百分比為50%，鋁粉的體積百分比為50% ；
b、依據(jù)級配理論，選用W50碳化硅粉40份、WlO碳化硅粉10份、W15-16鋁粉40份、W1-3鋁粉10份分別倒入混料機中混合攪拌均勻，制得復(fù)合合金粉末造粒坯料；
C、按復(fù)合合金粉末造粒坯料:粘結(jié)劑為5-10:1的質(zhì)量比，稱量10份溶解好的自制粘結(jié)劑(申請?zhí)?201310570472.6 一種粉末冶金法生產(chǎn)碳化硅鋁基復(fù)合材料用粘結(jié)劑，由8份植物蛋白、14份蟲膠、3份聚氨酯膠粘劑分別溶于75份甘油溶劑而成)與復(fù)合合金粉末造粒還料混合造粒；
d、將混合物在50°C烘干后過篩，調(diào)節(jié)壓力在50Mpa下壓制成型；
e、將壓制成型的鋁碳化硅生坯在燒結(jié)設(shè)備中氬氣環(huán)境下從室溫升至410°C保溫2小時，接著升溫至500°C保溫I小時，再升溫至600°C保溫?zé)Y(jié)，即可得到高體積分?jǐn)?shù)鋁基碳化硅顆粒增強復(fù)合材料。
[0012]所得的SiC/Al復(fù)合材料的密度為2.92g/cm3,100°C時膨脹系數(shù)為8.96X 10_6 -k1,熱導(dǎo)率為210W Cm.K) '抗彎強度493.50N。
[0013]實施例2:制備碳化硅體積分?jǐn)?shù)為70%的SiC/Al復(fù)合材料。
[0014]a、碳化硅粉的體積百分比為70%，鋁粉的體積百分比為30% ；
b、依據(jù)級配理論，選用W58碳化硅粉50份、WlO碳化硅粉20份、W15-16鋁粉10份、W7-8鋁粉20份分別倒入混料機中混合攪拌均勻，制得復(fù)合合金粉末造粒坯料；
C、按復(fù)合合金粉末造粒坯料:粘結(jié)劑為5-10:1的質(zhì)量比，稱量12份溶解好的粘結(jié)劑與復(fù)合合金粉末造粒坯料混合造粒；
d、將混合物在55°C烘干后過篩，調(diào)節(jié)壓力在60Mpa下壓制成型；
e、將壓制成型的鋁碳化硅生坯在燒結(jié)設(shè)備中氬氣環(huán)境下從室溫升至420°C保溫2.5小時，接著升溫至520°C保溫I小時，再升溫至640°C保溫?zé)Y(jié)，即可得到高體積分?jǐn)?shù)鋁基碳化硅顆粒增強復(fù)合材料。
[0015]所得的SiC/Al復(fù)合材料的密度為2.9 8 g/cm3,100 °C時膨脹系數(shù)為7.8 5 Χ10-6.k-1，熱導(dǎo)率為 I 8 9.03W (m.Κ-1，抗彎強度 452Ν。
【權(quán)利要求】
1.粉末冶金法制備高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的工藝方法，其特征在于具體步驟如下: a、依據(jù)級配理論，根據(jù)碳化硅粉50%-75%、鋁粉25%-50%的體積分?jǐn)?shù)要求選用粒徑W10-W60碳化硅粉和粒徑W1-30的鋁粉，分別倒入混料機中混合攪拌均勻，制得復(fù)合合金粉末造粒坯料； b、按復(fù)合合金粉末造粒坯料:粘結(jié)劑為5-10:1的質(zhì)量比準(zhǔn)確稱量本發(fā)明人自制粘結(jié)劑(申請?zhí)?201310570472.6 一種粉末冶金法生產(chǎn)碳化硅鋁基復(fù)合材料用粘結(jié)劑)，將復(fù)合合金粉末造粒還料與粘結(jié)劑混合造粒； C、將混合物在50-60°C烘干后過篩，在40-60Mpa下壓制成型； d、將壓制成型的鋁碳化硅生坯在氬氣環(huán)境中從400°C -650°C分段保溫?zé)Y(jié)，得到高體積分?jǐn)?shù)鋁基碳化硅顆粒增強復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金法制備高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的工藝方法，其特征在于壓制成型的鋁碳化硅生坯在燒結(jié)設(shè)備中氬氣環(huán)境下從400°C _650°C分三段保溫?zé)Y(jié)?
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的粉末冶金法制備高體分碳化硅鋁基復(fù)合材料的工藝方法，其特征在于壓制成型的鋁碳化硅生坯在燒結(jié)設(shè)備中氬氣環(huán)境下從400-450°C、500-550°C、600-650°C分三段保溫?zé)Y(jié)。
【文檔編號】C22C29/06GK103602869SQ201310575868
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】劉海洋 申請人:湖南金馬鋁業(yè)有限責(zé)任公司