[发明专利]一种铝基石墨颗粒增强复合材料及方法和散热转接件

说明书

本发明提出了一种铝基石墨颗粒增强复合材料及方法和散热转接件，方法包括以下步骤：将不同粒度的石墨粉分别进行金属表面活化，然后按照原材料设计参数进行原材料预处理；再将预处理好的石墨颗粒混合均匀，然后填入模具中；将模具放入加热炉中，升温均匀加热模具；再将铝合金放入熔铝炉内进行融化铸造和精炼，并抽真空搅拌；将加热好的模具移到热压机平台，并将熔铝炉内的铝合金熔液注入模具；将热压机调至要求压力和保压时间，进行热压，之后脱模；对锻造后的铸件进行热处理、表面金属化镀覆工艺，得铝基石墨颗粒增强复合材料。本发明制备的产品致密，性能优异，操作简单和成本低。

技术领域

本发明属于新材料制备及散热转接技术领域，特别公开一种铝基石墨颗粒增强复合材料及方法和散热转接件。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料由于其优良的性能和比纤维增强铝基复合材料的成本低得多。石墨颗粒的加入不仅能显著提高材料的耐磨、自润滑性能和切削加工性能，同时大大改善材料的吸震性和降低材料的热膨胀系数，因此使材料适于制造活塞、缸套、轴瓦、衬套等耐磨件，也可作大功率电子元器件散热转接件，有着广阔的应用前景。

然而，由于石墨在铝中的溶解度小于0.05％，且石墨与铝不润湿，其接触角为157°，在1000℃时仍大于90°，因此很难将石墨混入铝熔体中。即使混进去了，由于两者润湿性差，造成石墨分布不均，影响材料的性能。

目前，铝基石墨复合材料的制备方法有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法等，上述工艺方法均存在一定缺陷，粉末冶金法可以制备体积分数很高的复合材料，但是该法制备工艺及设备较复杂，铝粉颗粒表面的氧化膜及材料的孔隙使复合材料力学性能较低，且产品的形状和尺寸受到限制，不宜制作过大和过于复杂的零件，尤其是成本极高，其价格高达100美元/kg，使得用粉末冶金法制备的铝-碳(石墨)复合材料难以得到广泛应用。喷射沉积法工艺参数难以控制、所制备的材料孔隙率较高，其相对密度常在95％-98％之间，一般还需二次加工成型，且成本也较高。搅拌铸造法存在碳(石墨)浸润性差，颗粒聚集分布难以均匀，石墨与熔体之间存在界面反应。

以上几种方法，均不能完全获得较高的石墨体积分数、致密度、热导率、机械强度，成型的铝寄石墨线膨胀系数不稳定，限制了其在对热稳定性能要求较高的电子封装、航空、航天等热管理材料领域中的大规模应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种铝基石墨颗粒增强复合材料及方法和散热转接件，解决大功率电子元器件传统导热、散热、耐磨材料及传统工艺制备铝石墨复合材料的散热转接件在成型过程中工艺复杂、成本高、脱模困难、导热系数和尺寸稳定性不高、生产周期长、良品率低等难题。

本发明所采用的技术方案是，

一种铝基石墨颗粒增强复合材料散热转接件的制备方法，包括以下步骤：

将不同粒度的石墨粉分别进行金属表面活化，然后按照散热转接件原材料设计参数进行原材料预处理；

将预处理好的石墨颗粒混合均匀，然后填入模具中；将模具放入加热炉中，升温均匀加热模具；

将铝合金放入熔铝炉内进行融化铸造和精炼，并抽真空搅拌得到铝合金熔液；

将加热的模具移到热压机平台，并将铝合金熔液注入模具；将热压机调至要求压力和保压时间，进行热压，之后脱模；将脱模的铸件进行锻造；

对锻造后的铸件进行热处理、表面金属化镀覆工艺，得铝基石墨颗粒增强复合材料。

作为本发明的进一步改进，所述石墨的颗粒级配为180#，90#与5#质量比11：5：3。

作为本发明的进一步改进，所述铝合金的元素成分满足：精炼过程中调配Mg、Si含量，使Mg、Si分别增加到0.3％～0.7％。