[发明专利]一种铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料及其加工技术领域，具体涉及一种铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成。高导热材料在航空、军事、信息、能源等各个领域有着广阔的实际应用前景和重大意义。比如半导体及微电子行业，随着芯片制备技术日臻完善，半导体器件的集成度越来越高，功率密度越来越大，电子元件和集成电路芯片产生的大量热量，如果得不到及时有效散除会造成温升，将影响半导体器件的工作效率和使用寿命；而在传统工业中，提高换热器的导热效率对于节省能源、提高效率也具有重要的意义。目前最用的导热散热材料为铝及其合金或铜及其合金。纯铝室温下的导热系数约230W/(m〃K)，而市面上常见的铝合金导热系数均比纯铝低，比如，ADC系列的铝合金导热系数仅为85-100W/(m〃K)，传统铸铝导热系数仅为140-160W/(m〃K)。纯铜的导热系数虽然高达403W/(m〃K)，但其密度比铝大3倍多，价格是铝的2-3倍，同样大小的通散热器件，造价会比铝高出至少6倍。铜的导热性能比起铝要快的多，但铜的散热没有铝快，铜可以快速的把热量带走，但无法在短时间内把本身的热量散去，另外铜的可氧化性这是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，从导热和散热方面都会大大的下降。金银虽然也有很高的导热系数，但其昂贵的价格使之在该领域没有商业价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铝基复合材料；通过在铝基材料中的掺入碳材料，得到一种导热系数高、导热性能好的铝基复合材料。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种铝基复合材料，其是以重量比计的以下原料制备而成：

铝85％-99％，

铁0.1％-1％，

锌0.2％-1％，

铜0.5％-4％，

碳材料0.2％-9％。

进一步的方案中，本发明所述的铝基复合材料是以重量比计的以下原料制备而成：

铝88％-95％，

铁0.5％-1％，

锌0.5％-1％，

铜2％-4％，

碳材料2％-6％。

进一步的方案中，本发明具体采用的碳材料为碳纳米管、石墨烯或石墨粉中的一种或两种以上混合。

本发明的另一目的在于提供一种铝基复合材料的制备方法，通过控分散-混合干燥-压铸成型-烧结-铸造的工艺流程将铝基材料与碳材料复合，得到导热性能优于铝，成本与铝相近的新型高导热铝基复合材料。具体可以通过两种方法实现。

其中本发明所述的铝基复合材料的第一种制备方法包括以下步骤：

1)碳材料的分散：将碳材料加入到乙醇中，然后添加分散剂，采用超声机超声处理0.5-5h，得到均匀的碳材料分散液；

2)铝基混合：按比例在上述碳材料分散液中加入铝粉、锌粉、铁粉、铜粉，搅拌均匀后过滤，得到的滤饼转入真空干燥箱中进行干燥，得到混合粉体；

3)退火处理：将上述混合粉体铸成块体，随后转入真空退火炉，在450-700℃条件下，退火2-10h。

进一步的方案中，本发明第一种制备方法所述的步骤1)乙醇中碳材料的占乙醇重量的0.2％-20％，分散剂占乙醇重量的0.01％-0.8％。

其中，本发明所述的铝基复合材料的第二种制备方法包括以下步骤：

1)碳材料的分散：将碳材料加入到乙醇中，然后添加分散剂，采用球磨罐球磨分散0.5-5h，得到均匀的碳材料分散液；

2)铝基混合：按比例在上述碳材料分散液中加入铝粉、锌粉、铁粉、铜粉，搅拌均匀后过滤，得到的滤饼转入真空干燥箱中进行干燥，得到混合粉体；

3)退火处理：将上述混合粉体铸成块体，随后转入真空退火炉，在450-700℃条件下，退火2-10h。

进一步的方案中，本发明所述的铝基复合材料的第二种制备方中，步骤1)乙醇中碳材料的占乙醇重量的0.2％-20％，分散剂占乙醇重量的0.01％-0.8％。

进一步的方案中，本发明所述的步骤1)中球磨罐的转速为100-300r/min。

进一步的方案中，本发明上述两种制备方法中，所述分散剂为聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸和乙基纤维素中的一种或两种以上混合。

进一步的方案中，本发明上述两种制备方法中，真空干燥箱过程中，干燥温度为60-85℃，干燥时间为8-15h。