[发明专利]一种磁化学生成低膨胀系数铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术制备技术领域，涉及一种磁化学生成低膨胀系数铝基复合材料，具体是Al₃Ti与TiB₂二元陶瓷颗粒增强高硅铝合金的制备方法，实现了热膨胀系数的明显降低。

背景技术

高硅铝合金因其拥有低热膨胀系数，能与Si、GaAs等芯片相匹配，能对芯片起保护作用，导热性能好，及时散热，气密性好，耐高温、耐腐蚀、抗辐射，同时拥有高比强度、比刚度，良好的加工成型性能以及低密度，成本低廉等优点，一直是用于航空航天、电子封装等的重要材料。广泛应用于电子封装中承载电子元器件及其相互联线，起机械支持，密封环境保护，信号传递，散热和屏蔽等作用，是集成电路的密封体，对电路的性能和可靠性具有非常重要的影响。现今很多国家都在努力尝试以不同方法生产这种合金。由于其优异的综合性能恰好与电子封装材料不断向小型化、高性能、高可靠性和低成本方向发展相契合，使得对此种合金的需求十分迫切。

原位反应合成技术(Reactive Synthesis)是1989年由Koczak等首先提出，又称原位复合材料(In-situ Composites)用于制备颗粒增强金属基复合材料。这种技术生成增强体表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题，界面结合强度高是由于增强体是从金属基体中原位形核、长大的热力学稳定相。因而该类技术被誉为具有突破性的新技术，已成为铝基复合材料研究中的一个新亮点。原位反应技术的发展也为寻找低膨胀系数材料提供了一个新的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁化学生成低膨胀系数铝基复合材料，另一目的在于提供一种磁化学生成低膨胀系数铝基复合材料的制备方法，利用原位反应技术工艺外加低频旋转磁场来制备二元颗粒增强高硅铝合金，从而达到热膨胀系数的明显降低。

本发明的技术方案是：

本发明的低膨胀系数材料，是在高硅铝合金熔体中，置入按粉按摩尔比例1:2比例预配制好的K₂TiF₆粉和KBF₄粉，在低频旋转磁场的作用下，使得K₂TiF₆粉和KBF₄粉弥散分布于熔体内，并与合金熔体中Al元素发生剧烈化学反应分别生成二元增强颗粒Al₃Ti和TiB₂，最终制得本发明的低膨胀系数铝基复合材料。

其具体制备步骤是：(1)将按K₂TiF₆粉和KBF₄粉按比例备好待用；(2)将高硅铝合金处理为熔融状态；(3)将预配制好K₂TiF₆粉和KBF₄粉置入高硅铝合金熔体中，进行原位反应；(4)立即使用低频旋转磁场对反应熔体进行处理；(5)将处理后的熔体浇铸工件模具内，最后获该低膨胀系数铝基复合材料。

本发明中所述高硅铝合金是Al-（20%-50%）Si合金。

上述步骤（1）中K₂TiF₆粉和KBF₄粉摩尔比例1:2。

上述步骤（3）中熔体原位反应温度850℃ -870℃。

上述步骤（4）使用低频旋转磁场对反应熔体进行处理；控制励磁电流200A-220A、频率3Hz-5Hz，作用时间3min-5min。

原高硅铝合金的热膨胀系数为8.5×10^-6/K -12×10^-6/K，而本发明利用低频旋转磁场下原位反应技术制备的铝基复合材料热膨胀系数为3×10^-6/K -6×10^-6/K,几乎降低至原来的二分之一。此外此发明材料具有较高的强度，及良好的韧性，而且轻质环保，不仅可用于飞机的某些零部件结构，而且广泛应用于电子材料的封装，以其超低膨胀系数可延长电子产品的寿命，避免了零部件由于温度过高而发生热膨胀损坏，同时降低了零件使用成本。

本发明的制备方法工艺简单，操作方便，容易实现工业规模生产，并且所用的高硅铝合金和K₂TiF₆、KBF₄反应粉剂，来源丰富，价格低廉。

综上，本发明材料不但较好的保持了原有的比强度及韧性，而且大幅度降低了铝基复合材料的热膨胀系数，最重要的是提供了成本低廉易于推广的制备方法。

具体实施方式

 以下结合实施例对本发明做进一步的阐述。