[发明专利]一种铝碳化硅复合材料及方法和散热衬板

说明书

本发明提出了一种铝碳化硅复合材料及方法和散热衬板，方法包括：进行配料、球磨混合、造粒，对原材料进行预处理；同时对模具进行预热；将预处理好的碳化硅颗粒混合均匀，然后填入模具中；将模具放入加热炉中，按照相应的升温速率均匀加热模具；再将铝合金放入熔铝炉内进行融化铸造；将加热好的模具移到热压机平台，并将熔铝炉内的铝合金溶液注入模具；将热压机进行热压；将脱模的铸件进行锻造；锻造后的铸件通过超声振动切削技术结合金刚石磨头对铝碳化硅复合材料进行机械加工，再进行表面金属化镀覆工艺处理，得到铝碳化硅复合材料。具有产品致密，性能优异，操作简单和成本低的优点，适用范围广的优点。

技术领域

本发明属于新材料制备及导热、散热技术领域，特别公开一种铝碳化硅复合材料及方法和散热衬板。

背景技术

AlSiC具有高导热率(180～240W/mK)和可调的热膨胀系数(6.5～9.5×10-6/K)，因此一方面AlSiC的热膨胀系数与半导体芯片和陶瓷基片实现良好的匹配，能够防止疲劳失效的产生，甚至可以将功率芯片直接安装到AlSiC基板上；另一方面AlSiC的热导率是可伐合金的十倍，芯片产生的热量可以及时散发，整个元器件的可靠性和稳定性大大提高。

为满足大功率电子元器件散热衬板高导热率、高尺寸稳定性等热物理性能要求，需增加碳化硅含量，即选用高体分铝碳化硅材料，目前高体分铝碳化硅材料制备工艺一般采用无压浸渗法和有压浸渗法，无压浸渗法是把基体合金铸锭放入预制件上面，通入含有氮气的可控气氛，加热直到合金熔化自发渗入预制件中，但制备形成的金属基陶瓷复合材料不致密，影响产品的材料性能。有压浸渗法是指在无压浸渗法的基础上在铝液浸渗过程中加入一定压力，使铝液更充分填充；但无论是无压浸渗法还是有压浸渗法，都需要先制造碳化硅陶瓷预制件，且浸渗模具无法做到近净成型和重复利用，致使该材料只能做简单的板状材料，限制了其在对热稳定性能要求较高的电子封装、散热基板、IGBT等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，提供一种铝碳化硅复合材料及方法和散热衬板，解决传统导热、散热材料及传统工艺制备铝碳化硅复合体的散热衬板在成型过程中组织致密性低、性能不稳定、体积分数低和成本高，生产周期长、良品率低等难题。

本发明所采用的技术方案是，

一种铝碳化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按照铝碳化硅热散热衬板原材料设计参数进行配料、球磨混合、造粒，对原材料进行预处理；同时对模具进行预热；

将预处理好的碳化硅颗粒混合均匀，然后填入模具中；将模具放入加热炉中，按照相应的升温速率均匀加热模具；

将铝合金放入熔铝炉内进行融化铸造，并抽真空搅拌得铝合金溶液；

将加热好的模具移到热压机平台，并将熔铝炉内的铝合金溶液注入模具；将热压机调至一定的压力和保压时间，进行热压，之后脱模；将脱模的铸件进行锻造；

锻造后的铸件通过超声振动切削技术结合金刚石磨头对铝碳化硅复合材料进行机械加工，再进行表面金属化镀覆工艺处理，得到铝碳化硅复合材料。

作为本发明的进一步改进，所述碳化硅的颗粒级配为240#，110#与15#质量比10：4：2；

所述铝合金的元素成分满足精炼过程中调配Mg、Si含量，使其分别增加到0.5％-0.8％。

作为本发明的进一步改进，按照原材料设计参数进行配料、球磨混合、造粒，对原材料进行预处理具体包括：

依据级配理论选择相应粒径分布的碳化硅颗粒，将碳化硅粉料与球磨珠混合球磨，得到混合料；

将聚乙烯醇PVA、羧甲基纤维素钠CMC、水按质量比为7％:5％:88％混合，在120℃加热并保持至充分溶解制成胶体；