[发明专利]一种合金元素强化高硅铝复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金元素强化高硅铝复合材料及其制备方法；属于复合材料设计开发技术领域。

技术背景

随着信息技术革命的到来，集成电路产业在我国飞速发展，促使各领域微波电路和电子元器件向大功率、小型化、系统化、高效率和高可靠性发展，对基片衬底、封装盖板、封装壳体和框架等电子封装材料提出更苛刻的要求。现代电子封装技术要求新型电子封装材料能在高温、高湿、高盐、辐射以及各种外来信号干扰的恶劣环境下正常工作，并不可避免的受到各种外力作用，因此在具有气密性优良、热膨胀系数低、热导率高、耐腐蚀性能强等特点的同时，要求新型电子封装材料达到较好的力学性能，提高其在搬运、组装以及服役过程中的可靠性。

传统电子封装材料如陶瓷材料(Al₂O₃、BeO以及AlN等)、金属材料(Al、Cu、Invaor以及Kovar等)由于综合性能较差，如热导率低、热膨胀系数高、密度大、对人体有毒等缺点，已经不能满足现代电子封装技术的需要。Al/Sip复合材料作为一种综合性能优良的新型轻质电子封装材料，有着十分诱人的发展前景。增强体Si能有效降低复合材料热膨胀系数，连通的Al相又能使复合材料保持高热导率，通过改变铝和硅质量比即可在一定范围内对复合材料热膨胀系数和热导率连续调整，满足各种电子封装材料需要。

制备硅铝复合材料的方法较多，主要有熔炼铸造法、熔渗法、粉末冶金法、喷射沉积法，铝合金强化最常见金属元素有Cu、Mg、Zn、Mn、Zr以及稀土等元素，对于不同种类以及成分的铝合金，制备工艺的选择以及成分设计对于铝合金的性能至关重要。目前Si含量在48％以上的硅铝复合材料工业化制备一直存在较大困难，因为Si含量越高，成分偏析越严重，材料的脆性大，力学性能差，加工、焊接难度大，尤其是传统铸造铝硅复合材料，其组织中粗大的板条状初晶Si相导致复合材料综合性能差，难以达到使用要求。到目前为止，关于Mg和/或Cu元素强化高硅铝复合材料的技术，在相关文献中还鲜有记载。

发明内容

本发明主要解决的问题是提供一种合金元素强化高硅铝复合材料的方法，通过加入适量铜元素或镁元素，利用喷射沉积法得到坯锭，然后再通过热等静压法对坯锭进行致密化，得到的高硅铝复合材料力学性能突出，热物理性能、镀覆性能以及焊接性能优良。

本发明一种合金元素强化高硅铝复合材料；以质量百分比计包括下述组分：

硅48.0～52.0％、优选为49.0～52.0％、进一步优选为50.0％；

X 0.5～4.0％、优选为1～3.0％；

其余为铝；

所述X选自铜、镁中的至少一种。

本发明一种合金元素强化高硅铝复合材料；所述X由铜、镁组成。作为进一步的优选方案，所述X由铜、镁按质量比铜：镁＝1.5-2.5：1组成，优选为按质量比铜：镁＝2：1组成。

本发明一种合金元素强化高硅铝复合材料的制备方法，包括下述步骤：

按设计组分配取硅源、铝源、X源，对配取的硅源、铝源、X源进行熔炼得到熔体；所得熔体经雾化喷射沉积得到沉积坯，沉积坯经热等静压处理，得到成品；所述热等静压处理时，控制温度为520℃～600℃，控制压力为150～200MPa。

作为优选方案，所述硅源为单晶硅。所述铝源为高纯铝，所述高纯铝的纯度大于等于99.995％。所述X源为铝铜中间合金和/或铝镁中间合金。

作为进一步的优选方案，所述铝铜中间合金中，铜的质量百分含量为60-75％、优选为60％。所述铝镁中间合金中，镁的质量百分含量为65-70％、优选为67％。

作为优选方案：当硅源为单晶硅、当铝源为高纯铝、当X源为铝铜中间合金或铝镁中间合金时，其制备步骤为：

先将高纯铝升温至780～860℃，待纯铝全部融化后升温至1100～1500℃，然后分批次加入单晶硅，待单晶硅全部融化降温至780～860℃，再加入X源，搅拌5～10min后用造渣剂覆盖造渣并用六氯己烷除气；得到熔体；所得熔体移入中间包；采用雾化喷射沉积的方式制备沉积坯；所述造渣剂由NaCl、KCl、冰晶石按质量百分比计，NaCl：KCl：冰晶石＝30:47:23组成；雾化喷射沉积时，控制气体压力为0.8～1.3MPa，雾化温度为780～860℃，沉积盘的接受距离为630～680mm，雾化器扫描频率为20～25HZ，沉积盘的下降速度为20～24mm/min；所述气体为氮气；所述中间包的温度为900～1000℃、优选为955～965℃。