本發(fā)明涉及金屬基復合材料，具體而言，涉及一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，為適應(yīng)電子技術(shù)的發(fā)展需求，用作熱管理材料的高導熱、低膨脹金屬基復合材料的研究取得了巨大進展。顆粒增強鋁基復合材料由于具有鋁基體和增強體顆粒輕質(zhì)、高熱導、低膨脹的綜合優(yōu)點，成為未來電子封裝材料的理想選擇，其中碳化硅顆粒增強鋁基復合材料受到廣泛的關(guān)注。

2、目前，電子封裝用碳化硅顆粒增強鋁基復合材料主要采用較高的增強體體積分數(shù)，以獲得高的熱導率以及與芯片相匹配的熱膨脹系數(shù)，但是，碳化硅顆粒易與鋁基體發(fā)生界面反應(yīng)，生成棒狀或片狀a14c3相，由于a14c3熱導率低，導致復合界面熱導率低，為了解決al/sic存在的嚴重界面反應(yīng)，現(xiàn)有專利cn114480942a通過降低材料制備溫度以達到減小界面反應(yīng)的目的，但是由于al和sic的潤濕性不好，低溫制備的材料復合界面無法形成有效結(jié)合，導致材料綜合性能差。另一種減少界面處生成al4c3的方法是在sic顆粒表面鍍覆其他材料進行表面改性，如鍍ni、cu等金屬元素，但這些元素也會反應(yīng)生成其他界面相，其主要目的是為了減少脆性相a14c3的生成進而提高材料的力學性能，對降低界面熱阻作用有限。專利cn104264000b提供了一種石墨烯改性的高導熱鋁基復合材料制備方法，采用石墨烯納米片對增強體顆粒進行表面改性包覆，雖避免了界面反應(yīng)相的產(chǎn)生，但是其制備流程長，原材料價格高，在熱管理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用受到嚴重限制。

3、為獲得高導熱碳化硅增強鋁基復合材料，減少復合界面面積，以降低界面熱阻是提高材料熱導率的一種可行方法。然而，目前高導熱鋁基復合材料采用的sic顆粒多為人工合成后經(jīng)機械破碎得到，由于sic的斷裂韌性較低(脆性大)，破碎過程中sic多沿不同晶面解理斷裂，故而呈不規(guī)則形狀，顆粒比表面積高，造成復合材料界面面積增多，顯著降低其導熱性能。故而，研究如何減少結(jié)合界面，提高鋁基復合材料的高導熱性能，具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的因sic顆粒形狀不規(guī)則，顆粒比表面積高而造成的復合材料導熱性能降低的問題；以此達到能夠優(yōu)化高導熱鋁基復合材料的制備工藝，改善sic顆粒的形貌降低顆粒的比表面積，減小復合材料的結(jié)合界面面積，減少界面處生成的al4c3相的數(shù)量，降低復合材料的熱阻；提高復合材料的導熱性能；還能夠使得碳化硅顆粒周圍應(yīng)力分別更加均勻、力學性能更好。

2、為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明涉及的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟一、碳化硅顆粒的整形：將碳化硅微粉和碳化硅陶瓷球裝入球磨機進行研磨后，進行整形處理得到碳化硅粉末；

5、步驟二、機械混合：計算碳化硅顆粒的體積分數(shù)，得到碳化硅與鋁的添加比例；將整形后的碳化硅粉末、鋁粉按照所需添加比例加入到混料機中，進行機械混合得到混合粉末；

6、步驟三、封裝：將混合粉末裝入鋁包套內(nèi)，振實后，通過氬弧焊將鋁包套封焊，并在封焊口處，焊接抽氣管；

7、步驟四、真空熱除氣：將封焊后的鋁包套放入電阻爐中加熱，并使用真空抽氣設(shè)備通過抽氣管對鋁包套內(nèi)部進行除氣后，將抽氣管壓緊密封；得到含有鋁包套的粉末錠坯；

8、步驟五、熱等靜壓處理：將完成真空除氣的錠坯放入熱等靜壓機中，進行熱等靜壓，然后錠坯通過機加工去除鋁包套，得到高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。

9、進一步，步驟三中，鋁包套的直徑為200mm-500mm。

10、進一步，步驟四中，鋁包套采用階梯升溫。

11、進一步，步驟四中，鋁包套各階段加熱溫度分別為100℃、300℃和500℃。

12、進一步，步驟四中，鋁包套內(nèi)的真空度在每個溫度段都需要達到要求的取值范圍。

13、進一步，鋁包套內(nèi)的真空度取值范圍為10-3pa-10-4pa。

14、進一步，步驟五中，熱等靜壓的壓力取值范圍為180mpa-250mpa。

15、進一步，熱等靜壓的溫度為500℃-600℃。

16、進一步，熱等靜壓的時間為3h-6h。

17、進一步，步驟一包括：

18、步驟s11：碳化硅顆粒的整形：將碳化硅微粉和碳化硅陶瓷球裝入球磨機進行研磨；

19、步驟s12：篩分：將研磨整形后的碳化硅微粉通過篩網(wǎng)進行分選，篩分出粒徑合格的碳化硅顆粒；

20、步驟s13：提純：對分選后的碳化硅粉體進行酸洗或堿洗，進行提純；

21、步驟s14：水洗：對提純后的碳化硅粉體進行水洗，并控制水洗的ph值在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；

22、步驟s15：烘干：對水洗后的碳化硅粉體進行脫水處理后，烘干得到高導熱鋁基復合材料專用碳化硅微粉。

23、進一步，步驟s14中，ph值的預(yù)設(shè)范圍為6.5-7.5。

24、進一步，步驟四包括：

25、步驟s41：真空熱除氣：將封焊后的鋁包套放入電阻爐中加熱，并使用真空抽氣設(shè)備通過抽氣管對鋁包套內(nèi)部進行除氣；其中，鋁包套采用階梯升溫，鋁包套首先加熱到100℃，保溫，直到真空度達到10-3pa-10-4pa，然后升溫到300℃。

26、步驟s42：鋁包套在300℃保溫，直到真空度達到10-3pa-10-4pa，然后升溫到500℃。

27、步驟s43：鋁包套在500℃保溫，直到真空度達到10-3pa-10-4pa，然后將抽氣管壓緊密封。

28、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，具有以下有益效果：

29、通過所述方法，能夠優(yōu)化高導熱鋁基復合材料的制備工藝，改善sic顆粒的形貌，降低顆粒的比表面積，減小復合材料的結(jié)合界面面積，減少界面處生成的al4c3相的數(shù)量，降低復合材料的熱阻；提高復合材料的導熱性能；此外，整形后消除了因顆粒中尖角導致的應(yīng)力集中，還能夠使得碳化硅顆粒周圍應(yīng)力分別更加均勻、力學性能更好。

技術(shù)特征：

1.一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，鋁包套的直徑為200mm-500mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，鋁包套加熱采用階梯升溫。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述階梯升溫的溫度段分別為100℃、300℃和500℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，鋁包套內(nèi)的真空度在每個溫度段都需要達到要求的取值范圍。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述鋁包套內(nèi)的真空度取值范圍為10-3pa-10-4pa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟五中，熱等靜壓的壓力取值范圍為180mpa-250mpa。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述熱等靜壓的溫度為500℃-600℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述熱等靜壓的時間為3h-6h。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟一包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s14中，ph值的預(yù)設(shè)范圍為6.5-7.5。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟四包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，包括步驟一、碳化硅顆粒的整形；步驟二、機械混合；步驟三、封裝；步驟四、真空熱除氣；步驟五、熱等靜壓處理：將錠坯放入熱等靜壓機中進行熱等靜壓，然后錠坯通過機加工去除鋁包套，得到高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料；通過本發(fā)明所述一種高導熱碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，能夠優(yōu)化高導熱鋁基復合材料的制備工藝，降低顆粒的比表面積，減小復合材料的結(jié)合界面面積，降低復合材料的熱阻；提高復合材料的導熱性能；還能夠使得碳化硅顆粒周圍應(yīng)力分別更加均勻、力學性能更好。

技術(shù)研發(fā)人員：楊云傲,王德升,李文甫,劉國元,高源,任江毅,劉英澤
受保護的技術(shù)使用者：洛陽船舶材料研究所（中國船舶集團有限公司第七二五研究所）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2