[发明专利]泡沫碳/铜基或铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高导热泡沫碳/铜基或铝基复合材料及其制备方法，属于电子封装材料技术领域。

背景技术

泡沫碳是一种多孔轻质固态材料，在声学、热学、光学、电学和动力学等方面具有独特性质。泡沫碳有两种结构类型：五边形十二面体结构和球形气孔状结构的，前者为非石墨化，具有很大的开孔和柱状韧带，此结构决定它有良好的保温性，而球形气孔状结构泡沫碳为典型韧带式网状球形开口结构，石墨层面沿孔壁方向规则排列，孔泡均匀分布，因此具有各向同性的导热性能，其热导率可达50-200W/mK，热膨胀系数仅有1.15-4×10^-6/℃，有很好的尺寸稳定性，此类高导热泡沫碳应用于热交换器、催化剂载体、电极材料、航天航空等诸多领域。

由于沥青基高导热泡沫炭的独特结构和优异性能，将其孔泡填充其他材料制备出复合材料。比如USP7157109和USP6037032中均提及将相变材料，如醋酸、Ge-Si等填充到沥青基的高导热泡沫碳中，制备的复合材料用做热沉，这种热沉材料在工作过程中，利用了填充材料在相变点温度下只吸放热量而保持温度不变的特点，将工作器件的热量快速储存，同时通过泡沫碳的韧带将热量传导周边环境中。USP5770127提到在封闭的弹性袋子中置入一定形状的炭泡沫(炭泡沫包括了各种碳或石墨的泡沫体)，带子内抽真空，打开一端的阀门注入树脂，待其凝固后取出，得到泡沫碳复合材料，所用的树脂包括热固树脂和热塑树脂，与其他碳纤维复合材料相比具有各向同性的优点。

泡沫碳材料本身由于孔泡的存在整体的热导率为50-200W/mK，而韧带为层状石墨，平行于片层方向的热导率为2000W/mK，所以如果将泡沫碳的孔泡内填充导热良好的金属，在热传导过程中，形成两种连通的导热通道，大大增加了导热效率。并且复合材料的密度比基体金属低，热膨胀系数降低，易加工，与其他碳纤维复合材料相比，具有各向同性的导热性能。如果同时可以解决复合材料中存在界面润湿的问题，将大大降低由于界面带来的热阻。因此高导热泡沫碳金属基复合材料有望应用于电子封装材料领域。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种高导热泡沫碳/铜基或铝基复合材料。该复合材料的导热效率大大增加，并且复合材料的密度比基体金属低，热膨胀系数降低，易加工，与其他碳纤维复合材料相比，具有各向同性的导热性能。同时解决了复合材料中存在的界面润湿的问题，大大降低了由于界面带来的热阻。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种泡沫碳/铜基或铝基复合材料，其组成和体积百分含量为：30～50％的泡沫碳，50～70％的铜合金或铝合金；所述的泡沫碳的孔隙度为50～70％，泡沫碳的孔隙度(％)与铜合金或铝合金的体积百分含量的数值相同。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的泡沫碳为石墨化的结构，具有高的热导率。泡沫碳的热导率为130-150W/mK。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的铜合金或铝合金为添加Cr、Ti、W、B或Mo碳化物形成元素的铜合金或铝合金。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的铜合金或铝合金中，Cr、Ti、W、B或Mo碳化物形成元素的添加量为0.05wt％-1wt％。

本发明的另一目的是提供一种高导热泡沫碳/铜基或铝基复合材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种泡沫碳/铜基或铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将泡沫碳放入石墨模具中，铜合金或铝合金放入真空压力熔渗炉的中频感应炉中，泡沫碳的体积百分含量为30～50％，铜合金或铝合金为50～70％，泡沫碳的孔隙度为50～70％，泡沫碳的孔隙度(％)与铜合金或铝合金的体积百分含量数值相同；

(2)将装有泡沫碳的石墨模具放入真空压力熔渗炉中，抽真空，同时升温；

(3)当真空压力熔渗炉真空度达到0.01～1Pa，温度升至高于基体合金熔点100～300℃时，开始将熔化的金属液从中频感应炉浇注到石墨模具中压渗；

(4)炉冷，退模，得到泡沫碳/铜基或铝基复合材料。

一种优选技术方案，其特征在于：步骤(1)所述泡沫碳为石墨化的结构，具有高的热导率。泡沫碳的热导率为130-150W/mK。

一种优选技术方案，其特征在于：步骤(1)所述的铜合金或铝合金为添加Cr、Ti、W、B或Mo碳化物形成元素的铜合金或铝合金。