[发明专利]一种用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊的铝硅铜铈钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料（以下简称SiC_p/Al）的焊接领域，用于SiC_p/Al复合材料的钎焊领域，是一种含稀土Ce的铝硅铜铈钎料，特别是一种用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊的铝硅铜铈钎料及其制备方法。

背景技术

体积分数占55%-70%的高体积分数SiC_p/Al复合材料具有的高导热，低膨胀和低密度等特性，且制备工艺成熟，原材料来源充分等优点使其在电子封装材料领域具有广泛的应用前景。尤其是在航空航天领域更是具有不可替代的优越性，在目前国家节能减排，军事装备升级换代的大背景下，复合材料更显示其作为优秀电子封装材料的重要地位。但其焊接性很差，成为限制其推广应用的瓶颈问题。钎焊是在微电子封装领域使用最广泛的连接工艺，但目前缺乏钎焊温度位于500℃-600℃之间的合适钎料以用于该种复合材料的钎焊。

钎焊SiC_p/Al复合材料的钎料中，Al-Si-Cu系钎料应用最广，其中成分为Al-5.5Si-28Cu的共晶钎料，共晶温度为525℃，满足钎焊的温度要求，且Cu的加入增加了钎料的流动性，但生成的CuAl₂金属间化合物脆性较大，须对其成分进行优化。稀土可显著改善铝合金的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂质，提高铝合金的强度，改善加工性能，可塑性，和提高强度和韧性。本发明通过对Al-5.5Si-28Cu共晶钎料成分进行优化，制备了多组不同稀土Ce含量的铝硅铜铈钎料，显微组织分析和相关性能测试结果表明添加适量的稀土Ce有助于提高钎料合金的性能，钎焊实验结果表明，铝硅铜铈钎料是一种适用于SiC_p/Al复合材料连接的新型钎料。

发明内容

综上所述，本发明的目的是结合铝合金中添加稀土的益处，以及现有的Al-Si-Cu系钎料存在的问题，通过研究不同含量稀土对铝硅铜铈钎料性能的影响规律，而研究了一种用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊的铝硅铜铈钎料及其制备方法，并制备出了一组含稀土Ce的铝硅铜铈钎料，还使用该种钎料对SiC_p/Al复合材料进行了钎焊实验，证明所采用的铝硅铜铈钎料合金具有较低的熔点和较强的润湿性能，适用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钎焊工艺。

本发明的技术方案是通过以下方式来实现的：

一种用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊的铝硅铜铈钎料，其中，熔炼钎料所用原料为：纯度为99.99%的Cu，纯度为99.99%的Al，Al-Si合金，Al-Ce中间合金。

进一步，所述的铝硅铜铈钎料含质量分数26.0%～28.0%的Cu，质量分数4.5%～6.5%的Si，质量分数0.01%-0.5%的Ce，余量为Al。

进一步，所述的铝硅合金为Al-20Si合金，Al-20Si合金中Al的质量分数为80%，Ce的质量分数为20%；

进一步，所述的铝铈中间合金为Al-10Ce中间合金，Al-10Ce中间合金中Al的质量分数为90%，Ce的质量分数为10%。

一种用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊的铝硅铜铈钎料的制备方法，包括以下步骤：

1）将纯Al和铝硅合金置于真空感应熔炼炉的坩埚内，抽真空后充入高纯氩气；

2）快速加热至750～800℃，令坩埚内的合金熔化完全，接着通过感应炉上的加料装置将纯Cu加入到熔融的Al-Si合金液中，形成Al-Si-Cu合金熔液；

3）熔化均匀后，将真空感应熔炼炉升温至800℃左右，并使温度稳定，然后通过加料装置加入铝铈中间合金，使其与Al-Si-Cu合金熔液充分反应，加以磁力搅拌，防止稀土偏聚，使稀土迅速均匀地扩散到熔体中，随后在600～650℃下保温30-40min后静置2分钟左右，浇注进金属型模具，在氩气气氛中冷却凝固；

4）取出钎料合金去除表面的氧化皮后按照同样的方法重熔两次，使各组分扩散均匀，最终浇注成棒状，得到铝硅铜铈钎料。

本发明的积极效果是：

1、本发明通过制定专门的熔炼工艺解决了以往钎料熔炼方法中规范性差，操作性不强的缺点，同时采用惰性气体氛围保护降低了钎料合金烧损率，也避免了杂质的引入及以往采用保护盐熔炼钎料时Na、K等元素对稀土变质作用的干扰，减少了影响因素，提高了实验研究的精度。所采用的铝硅铜铈钎料合金具有较低的熔点和较强的润湿性能，适用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钎焊工艺。