[发明专利]一种铝基金属陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基金属陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基金属陶瓷复合材料是复合材料领域中研究最多、应用最广的一种复合

材料。该复合材料因其具有优异的物理和力学性能，已成为最为理想的电子封装材料之一。

目前，制备铝基金属复合材料常用无压浸渗法制备。无压浸渗法的原理是利用高温熔融状态下的金属铝液与碳化硅基体之间的润湿性，让金属铝液在毛细作用下自动填满碳化硅基体间的空隙，冷却后即得到具有三维网络结构的金属/陶瓷复合材料。相比对于压力熔渗法，由于没有外力的帮助，铝液只能依靠重力和毛细作用力对碳化硅基体进行渗透，因此熔融铝液在高温下的粘度就显得十分重要。

现有的铝合金的粘度大，在无压熔渗时需要高温及较长的时间才能将熔融的铝液熔渗到陶瓷基体中去。

发明内容

本发明为解决现有的无压熔渗方法制备铝基金属陶瓷复合材料需要较高温度及较长时间的缺陷，从而提供一种较低温度计较短时间的无压熔渗方法及其制备的铝基复合材料。

本发明提供了一种铝基金属陶瓷复合材料，该复合材料包括陶瓷及铝合金，所述铝合金中含有助熔剂，所述助熔剂为锡和/或锗；以铝合金总重量为基准，所述助熔剂的含量为0.1-10wt%。

本发明还提供了该复合材料的制备方法，该方法为，先将陶瓷粉体与粘结剂混合后成型，然后排胶、预烧获得预制件，最后采用无压熔渗工艺将预制件与铝合金复合，制得铝基金属陶瓷复合材料，所述无压熔渗的条件为：熔渗温度为750-950℃，保温时间为0.5-2h，常压氮气气氛。

现有的无压熔渗方法需要在900-1100℃高温，铝液流动性才能满足无压渗铝的要求，这样高的温度，铝液中的成分容易挥发，同时也不利于无压熔渗夹具的开发。本发明的铝合金中含有锡或锗，锡和锗都可以降低铝的熔点，起到助熔剂的作用，使其可以在较低温度下熔融，并且在较低温度时的粘度即可满足无压熔渗的要求。降低了无压熔渗的温度。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种铝基金属陶瓷复合材料，该复合材料包括陶瓷及铝合金，所述铝合金中含有助熔剂，所述助熔剂为锡和/或锗；以铝合金总重量为基准，所述助熔剂的含量为0.1-10wt%。

本发明的铝合金中含有锡或锗，锡和锗都可以降低铝的熔点，起到助熔剂的作用，使其可以在较低温度下熔融，并且在较低温度时的粘度即可满足无压熔渗的要求。降低了无压熔渗的温度。

优选地，为了能够更好的降低铝合金的熔点并且不影响铝基金属陶瓷复合材料的性能，以铝合金的总重量为基准，所述助熔剂的含量为0.1-5wt%。本发明中，在铝合金可以单独含有其中锡和锗中的一种，也可以加两种的混合物。对与锡和锗的混合物，他们的量各是多少没有限制，只要能能起到降低熔点的作用即可。

优选地，以复合材料的总体积为基准，所述复合材料中陶瓷的含量为55-80vol%，所述铝合金的含量为20-45vol%。

优选地，为了兼顾材料的热导率和线性热膨胀系数之间的平衡，所述铝合金含有镁，以铝合金的总重量为基准，所述镁的含量为1-8wt%。

优选地，所述陶瓷为碳化硅或氧化铝。选用这两种陶瓷的原因有：1） 热膨胀系数低，碳化硅膨胀系数为4-5ppm/K，氧化铝的膨胀系数为6-7ppm/K；2）来源广泛，产品成熟，价格低廉。

优选地，所述陶瓷的平均粒径没有特别的限制。为了获得陶瓷颗粒含量尽量高的预制件，陶瓷一般不能选择单一的粒径，必须多种粒径粉体搭配使用，如1-10微米、10-30微米、30-60微米、60微米以上等各种粒径的粉体搭配混合。

本发明还提供了该铝基金属陶瓷复合材料的制备方法，该方法为，先将陶瓷粉体与粘结剂混合后成型，然后排胶、预烧获得预制件，最后采用无压熔渗工艺将预制件与铝合金复合，制得铝基金属陶瓷复合材料，所述无压熔渗的条件为：熔渗温度为750-950℃，保温时间为0.5-2h，常压氮气气氛。

优选地，所述铝合金是在纯铝或现有的铝合金中加入锡和/或锗后通过熔炼形成。所述熔炼的条件为：将现有的铝合金及Sn和/或Ge放置在感应炉中进行熔炼，熔炼电流为20-30A，时间为5-10分钟。所述现有的铝合金是指目前1-6系铝合金。