专利名称：一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法
技术领域：
本发明属于层状复合材料制备技术领域，具体涉及一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法。
背景技术：
铜/钼/铜金属复合材料具备优异的热、电性能，在大规模集成电路和大功率微波器件中作为基片、嵌块、连接件和散热元件应用。它的高导热及耐热性极大提高了微电子器件的使用功能，使器件小型化；它合适的热膨胀系数可以与微电子器件中硅、砷化镓等半导体材料及陶瓷材料很好匹配连接，避免热应力引起的热疲劳破坏。目前，铜/钼/铜层状金属复合材料的制备方法有如下几种(1)爆炸焊接复合法，借助炸药爆炸产生的高强化学能驱动复板高速碰撞基板，碰撞点产生的瞬间高温高压不仅破坏了金属表面的氧化膜，露出了新鲜的表面，而且在露出新鲜金属表面上形成一层具有塑性变形、熔化、扩散的类似于流体以及波形冶金结合特征的焊接过渡区，实现不同金属的强固结合。铜钼二元相图上可以看到铜和钼互不固溶，两者不能形成真合金，而且铜与钼的物理性能差异较大，常规焊接方法并不能使铜钼焊到一起。爆炸焊接复合法便具有焊接铜/ 钼这类性能差异较大金属的能力，但是该方法适合单张面积较大、厚复合板及板坯的生产， 对于较薄的复合板尚且不能直接生产。(2)轧制复合法，金属板在受到轧机施加其上强大的压力作用下，两层金属的待复合面发生塑性变形，表面金属层破裂。随后，洁净而活化的金属层从破裂的金属表面露出， 在强大压力作用下，形成平面状的冶金结合。在后续的热处理过程中结合面继续扩大，形成稳固结合。轧制复合必须施以较大的初始道次压下量，促使复合面的物理接触，对于铜/钼金属组对来说，较大的金属变形量极易使钼板发生断裂或层裂。
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的不足，提供一种方法简单， 对设备要求不高，生产成本低，容易实现批量生产，具有较好的生产应用价值的铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法。该方法采用爆炸复合技术实现铜/钼的复合，克服了铜/ 钼难以复合的加工难题，并通过控制轧制的工艺参数，避免了复合界面开裂以及钼本身发生断裂的情况，为批量化生产铜/钼/铜层状复合金属材料提供了有力的技术支撑。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将铜板一和铜板二的待复合面用砂纸进行打磨处理至表面粗糙度不大于 1. 6 μ m，将钼板的待复合面用砂轮进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m，将打磨处理后的铜板一、铜板二和钼板的待复合面用酒精擦拭干净；
步骤二、将步骤一中擦拭干净的钼板置于刚性地基上，然后在钼板上方均勻设置间隙材料一，再将铜板一置于间隙材料一上方，并保持铜板一的待复合面朝下，最后将炸药铺设于铜板一上方，通过雷管引爆炸药对钼板和铜板一进行爆炸复合，得到复合板；所述间隙材料一的数量不少于两个；步骤三、将步骤二中所述复合板在温度为500°C 950°C的条件下退火处理
0.Ih 3h ；步骤四、将步骤三中经退火处理后的复合板置于刚性地基上，并保持钼板在上，然后在复合板上方均勻设置多个间隙材料二，再将铜板二置于间隙材料二上方，并保持铜板二的待复合面朝下，最后将炸药铺设于铜板二上方，通过雷管引爆炸药对复合板和铜板二进行爆炸复合，得到铜/钼/铜复合板坯；所述间隙材料二的数量不少于两个；步骤五、将步骤四中所述铜/钼/铜复合板坯于500°C 780°C热轧3 8道次， 道次变形率不大于30% ；步骤六、将步骤五中经热轧后的铜/钼/铜复合板坯在温度为500°C 950°C的条件下退火处理0. Ih 3h，随炉冷却后得到铜/钼/铜层状复合金属材料。上述步骤二中所述间隙材料一的材质与铜板一相同，间隙材料一的高度为Imm 5mm ο上述步骤二和步骤四中所述炸药均为铵油炸药，炸药的铺设密度均为0. 5g/cm3
1.Og/cm3，炸药的铺设高度均为15mm 40mm，炸药爆速均为1500m/s 3000m/s。上述步骤三中所述退火处理的时间为0.釙 lh。上述步骤五中所述间隙材料二的材质与铜板二相同，间隙材料二的高度为Imm 5mm ο上述步骤五中所述热轧过程中每道次轧制温度不低于500°C。上述步骤五中所述道次变形率不大于10%。上述步骤五中所述热轧的总变形率为40% 85%。上述步骤六中所述退火处理的时间为0.证 lh。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明方法简单，对设备要求不高，生产成本低，容易实现批量生产，具有较好的生产应用价值。2、本发明通过设置合理的间隙，选择合适的炸药性能和炸药铺设密度及铺设高度，在刚性地基上采用爆炸复合技术实现铜/钼的复合，克服了铜/钼难以复合的加工难题，并通过控制轧制的工艺参数，避免了复合界面开裂以及钼本身发生断裂的情况，保证了层状复合金属材料界面具有一定的结合强度，为批量化生产铜/钼/铜层状复合金属材料提供了有力的技术支撑。3、本发明的爆炸复合过程中铜板厚度减小约70% 85%，钼板厚度减小约 60% 75%，可以根据使用要求设计铜/钼/铜层状复合金属材料的各层厚度，并确定铜板、钼板的下料厚度，制备具有不同热电性能的铜/钼/铜层状复合金属材料。4、采用本发明的方法制备的铜/钼/铜层状复合金属材料的密度为9. 15g/cm3 9. 8g/cm3，热膨胀率为 6. 8 X KT6IT1 10. 0 X KT6IT1，平面热导率为 190ff/m ·Κ 320ff/m ·Κ。下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例1钼板与铜板一爆炸复合的结构示意图。图2为本发明实施例1复合板与铜板二爆炸复合的结构示意图<附图标记说明1-铜板一 ；2-钼板；3-铜板二 ；4-间隙材料一 ； 5-间隙材料二 ； 6-复合板。
具体实施例方式实施例1厚度为0. 3mm 0. 5mm 0. 3mm的铜/钼/铜层状复合金属材料的制备步骤一、将铜板一 1和铜板二 3的待复合面用砂纸进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m，将钼板2的待复合面用砂轮进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m， 将打磨处理后的铜板一 1、铜板二 3和钼板2的待复合面用酒精擦拭干净；所述铜板一 1 和铜板二 3牌号均为T2，规格均为2mmX IlOmmX 180mm,所述钼板2的牌号为Mol，规格为 2mmX IOOmmX 150mm ；步骤二、如图1所示，将步骤一中擦拭干净的钼板2置于刚性地基上，然后在钼板 2上方均勻设置2个高度为5mm的间隙材料一 4，再将铜板一 1置于间隙材料一 4上方，并保持铜板一 1的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板一 1上方，炸药的铺设密度为 0. 5g/cm3，炸药的铺设高度为40mm，炸药爆速为1500m/s，通过雷管引爆炸药对钼板2和铜板一 1进行爆炸复合，得到复合板6 ；所述间隙材料一 4的材质与铜板一 1相同；步骤三、将步骤二中所述复合板6在温度为950°C的条件下退火处理0. Ih ；步骤四、如图2所示，将步骤三中经退火处理后的复合板6置于刚性地基上，并保持钼板在上，然后在复合板6上方均勻设置3个高度为5mm的间隙材料二 5，再将铜板二 3 置于间隙材料二 5上方，并保持铜板二 3的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板二 3 上方，炸药的铺设密度为0. 5g/cm3,炸药的铺设高度为40mm，炸药爆速为1500m/s，通过雷管引爆炸药对复合板6和铜板二 3进行爆炸复合，得到铜/钼/铜复合板坯；所述间隙材料二 5的材质与铜板二 3相同；步骤五、将步骤四中所述铜/钼/铜复合板坯于780°C热轧8道次，道次变形率为 10%，总变形率为80% ；热轧过程中通过回火加热控制每道次轧制温度不低于500°C ；步骤六、将步骤五中经热轧后的铜/钼/铜复合板坯在温度为950°C的条件下退火处理0. Ih,随炉冷却后得到厚度为0. 3mm 0. 5mm 0. 3mm的铜/钼/铜层状复合金属材料。本实施例制备的铜/钼/铜层状复合金属材料的密度为9. 4g/cm3 9. 6g/cm3,热膨胀率为 8. 5 X KT6IT1 8. 9 X KT6IT1,平面热导率为 250ff/m · K 280ff/m · K。实施例2厚度为0. 2mm 0. 7mm 0. 2mm的铜/钼/铜层状复合金属材料的制备步骤一、将铜板一 1和铜板二 3的待复合面用砂纸进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m,将钼板2的待复合面用砂轮进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m，将打磨处理后的铜板一 1、铜板二 3和钼板2的待复合面用酒精擦拭干净；所述铜板一 1和铜板二 3的牌号均为T2，规格均为2mmX 160mmX 230mm，所述钼板2的牌号为Mol，规格为 3mmX 150mm X 200mm ；步骤二、将步骤一中擦拭干净的钼板2置于刚性地基上，然后在钼板2上方均勻设置3个高度为Imm的间隙材料一 4，再将铜板一 1置于间隙材料一 4上方，并保持铜板一 1 的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板一 1上方，炸药的铺设密度为1. Og/cm3，炸药的铺设高度为15mm，炸药爆速为3000m/s，通过雷管引爆炸药对钼板2和铜板一 1进行爆炸复合，得到复合板6 ；所述间隙材料一 4的材质与铜板一 1相同；步骤三、将步骤二中所述复合板6在温度为500°C的条件下退火处理池；步骤四、将步骤三中经退火处理后的复合板6置于刚性地基上，并保持钼板在上， 然后在复合板6上方均勻设置2个高度为Imm的间隙材料二 5，再将铜板二 3置于间隙材料二 5上方，并保持铜板二 3的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板二 3上方，炸药的铺设密度为1. Og/cm3，炸药的铺设高度为15mm，炸药爆速为3000m/s，通过雷管引爆炸药对复合板6和铜板二 3进行爆炸复合，得到铜/钼/铜复合板坯；所述间隙材料二 5的材质与铜板二3相同；步骤五、将步骤四中所述铜/钼/铜复合板坯于500°C热轧5道次，道次变形率为 17%，总变形率为85% ；热轧过程中通过回火加热控制每道次轧制温度不低于500°C ；步骤六、将步骤五中经热轧后的铜/钼/铜复合板坯在温度为500°C的条件下退火处理池，随炉冷却后得到厚度为0. 2mm 0.7mm 0. 2mm的铜/钼/铜层状复合金属材料。本实施例制备的铜/钼/铜层状复合金属材料的密度为9. 65g/cm3 9. 8g/cm3, 热膨胀率为6. 8 X KT6IT1 7. 2 X KT6IT1,平面热导率为190ff/m · K 220ff/m · K。实施例3厚度为0. 3mm 0. 2mm 0. 3mm的铜/钼/铜层状复合金属材料的制备步骤一、将铜板一 1和铜板二 3的待复合面用砂纸进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m，将钼板2的待复合面用砂轮进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m， 将打磨处理后的铜板一 1、铜板二 3和钼板2的待复合面用酒精擦拭干净；所述铜板一 1 和铜板二 3的牌号均为T2，规格均为ImmX IlOmmX 180mm，钼板2的牌号为Mol，规格为 0. 5mmX IOOmmX 150mm ；步骤二、将步骤一中擦拭干净的钼板2置于刚性地基上，然后在钼板2上方均勻设置4个高度为3mm的间隙材料一 4，再将铜板一 1置于间隙材料一 4上方，并保持铜板一 1 的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板一 1上方，炸药的铺设密度为0. 8g/cm3，炸药的铺设高度为30mm，炸药爆速为2200m/s，通过雷管引爆炸药对钼板2和铜板一 1进行爆炸复合，得到复合板6 ；所述间隙材料一 4的材质与铜板一 1相同；步骤三、将步骤二中所述复合板6在温度为800°C的条件下退火处理0. 5h ；步骤四、将步骤三中经退火处理后的复合板6置于刚性地基上，并保持钼板在上， 然后在复合板6上方均勻设置4个高度为2mm的间隙材料二 5，再将铜板二 3置于间隙材料二 5上方，并保持铜板二 3的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板二 3上方，炸药的铺设密度为0. 8g/cm3，炸药的铺设高度为30mm，炸药爆速为2200m/s，通过雷管引爆炸药对复合板6和铜板二 3进行爆炸复合，得到铜/钼/铜复合板坯；所述间隙材料二 5的材质与铜板二3相同；步骤五、将步骤四中所述铜/钼/铜复合板坯于780°C热轧3道次，道次变形率分别为30%、30%和8%，总变形率为68% ；热轧过程中通过回火加热控制每道次轧制温度不低于500°C ；步骤六、将步骤五中经热轧后的铜/钼/铜复合板坯在温度为700°C的条件下退火处理0. 5h，随炉冷却后得到厚度为0. 3mm 0. 2mm 0. 3mm的铜/钼/铜层状复合金属材料。本实施例制备的铜/钼/铜层状复合金属材料的密度为9. 15g/cm3 9. 35g/cm3, 热膨胀率为9. 6 X KT6IT1 IOX KT6IT1,平面热导率为290ff/m · K 320ff/m · K。实施例4厚度为0. 3mm 0. 4mm 0. 3mm的铜/钼/铜层状复合金属材料的制备步骤一、将铜板一 1和铜板二 3的待复合面用砂纸进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m，将钼板2的待复合面用砂轮进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m， 将打磨处理后的铜板一 1、铜板二 3和钼板2的待复合面用酒精擦拭干净；所述铜板一 1 和铜板二 3的牌号均为T2，规格均为0. 6mmX IlOmmX 180mm,钼板2的牌号为Mol，规格为 0. 5mmX IOOmmX 150mm ；步骤二、将步骤一中擦拭干净的钼板2置于刚性地基上，然后在钼板2上方均勻设置5个高度为2mm的间隙材料一 4，再将铜板一 1置于间隙材料一 4上方，并保持铜板一 1 的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板一 1上方，炸药的铺设密度为0. 6g/cm3，炸药的铺设高度为35mm，炸药爆速为2000m/s，通过雷管引爆炸药对钼板2和铜板一 1进行爆炸复合，得到复合板6 ；所述间隙材料一 4的材质与铜板一 1相同；步骤三、将步骤二中所述复合板6在温度为600°C的条件下退火处理Ih ；步骤四、将步骤三中经退火处理后的复合板6置于刚性地基上，并保持钼板在上， 然后在复合板6上方均勻设置5个高度为2mm的间隙材料二 5，再将铜板二 3置于间隙材料二 5上方，并保持铜板二 3的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板二 3上方，炸药的铺设密度为0. 6g/cm3，炸药的铺设高度为35mm，炸药爆速为2000m/s，通过雷管引爆炸药对复合板6和铜板二 3进行爆炸复合，得到铜/钼/铜复合板坯；所述间隙材料二 5的材质与铜板二3相同；步骤五、将步骤四中所述铜/钼/铜复合板坯于780°C热轧4道次，道次变形率为 10%，总变形率为40% ；热轧过程中通过回火加热控制每道次轧制温度不低于500°C ；步骤六、将步骤五中经热轧后的铜/钼/铜复合板坯在温度为600°C的条件下退火处理lh，随炉冷却后得到厚度为0. 3mm 0.4mm 0. 3mm的铜/钼/铜层状复合金属材料。本实施例制备的铜/钼/铜层状复合金属材料的密度为9. 25g/cm3 9. 4g/cm3, 热膨胀率为8. 9 X KT6IT1 9. 2 X KT6IT1,平面热导率为270ff/m · K 290ff/m · K。实施例5厚度为0. 4mm 0. 4mm 0. 4mm的铜/钼/铜层状复合金属材料的制备步骤一、将铜板一 1和铜板二 3的待复合面用砂纸进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m，将钼板2的待复合面用砂轮进行打磨处理至表面粗糙度不大于1. 6 μ m， 将打磨处理后的铜板一 1、铜板二 3和钼板2的待复合面用酒精擦拭干净；所述铜板一 1 和铜板二 3的牌号均为T2，规格均为0. 8mmX IlOmmX 180mm，钼板2的牌号为Mol，规格为 0. 5mmX IOOmmX 150mm ；步骤二、将步骤一中擦拭干净的钼板2置于刚性地基上，然后在钼板2上方均勻设置5个高度为4mm的间隙材料一 4，再将铜板一 1置于间隙材料一 4上方，并保持铜板一 1 的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板一 1上方，炸药的铺设密度为0. 8g/cm3，炸药的铺设高度为25mm，炸药爆速为2000m/s，通过雷管引爆炸药对钼板2和铜板一 1进行爆炸复合，得到复合板6 ；所述间隙材料一 4的材质与铜板一 1相同；步骤三、将步骤二中所述复合板6在温度为700°C的条件下退火处理0. 8h ；步骤四、将步骤三中经退火处理后的复合板6置于刚性地基上，并保持钼板在上， 然后在复合板6上方均勻设置5个高度为3mm的间隙材料二 5，再将铜板二 3置于间隙材料二 5上方，并保持铜板二 3的待复合面朝下，最后将铵油炸药铺设于铜板二 3上方，炸药的铺设密度为0. 8g/cm3，炸药的铺设高度为25mm，炸药爆速为2000m/s，通过雷管引爆炸药对复合板6和铜板二 3进行爆炸复合，得到铜/钼/铜复合板坯；所述间隙材料二 5的材质与铜板二3相同；步骤五、将步骤四中所述铜/钼/铜复合板坯于700°C热轧6道次，道次变形率为 8%，总变形率为48% ；热轧过程中通过回火加热控制每道次轧制温度不低于500°C ；步骤六、将步骤五中经热轧后的铜/钼/铜复合板坯在温度为650°C的条件下退火处理0. 8h，随炉冷却后得到厚度为0. 4mm 0.4mm 0. 4mm的铜/钼/铜层状复合金属材料。本实施例制备的铜/钼/铜层状复合金属材料的密度为9. 35g/cm3 9. 5g/cm3, 热膨胀率为6. 9 X KT6IT1 7. 4X KT6IT1,平面热导率为220ff/m · K 250ff/m · K。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将铜板一(1)和铜板二(3)的待复合面用砂纸进行打磨处理至表面粗糙度不大于1.6μπι，将钼板O)的待复合面用砂轮进行打磨处理至表面粗糙度不大于1.6μπι，将打磨处理后的铜板一(1)、铜板二 C3)和钼板O)的待复合面用酒精擦拭干净；步骤二、将步骤一中擦拭干净的钼板( 置于刚性地基上，然后在钼板( 上方均勻设置间隙材料一 G)，再将铜板一(1)置于间隙材料一(4)上方，并保持铜板一(1)的待复合面朝下，最后将炸药铺设于铜板一(1)上方，通过雷管引爆炸药对钼板( 和铜板一(1)进行爆炸复合，得到复合板(6)；所述间隙材料一的数量不少于两个；步骤三、将步骤二中所述复合板(6)在温度为500°C 950°C的条件下退火处理 0. Ih 3h ；步骤四、将步骤三中经退火处理后的复合板(6)置于刚性地基上，并保持钼板在上，然后在复合板(6)上方均勻设置间隙材料二(5)，再将铜板二 C3)置于间隙材料二( 上方， 并保持铜板二 C3)的待复合面朝下，最后将炸药铺设于铜板二 C3)上方，通过雷管引爆炸药对复合板(6)和铜板二 C3)进行爆炸复合，得到铜/钼/铜复合板坯；所述间隙材料二(5) 的数量不少于两个；步骤五、将步骤四中所述铜/钼/铜复合板坯于500°C 780°C热轧3 8道次，道次变形率不大于30% ；步骤六、将步骤五中经热轧后的铜/钼/铜复合板坯在温度为500°C 950°C的条件下退火处理0. Ih 3h，随炉冷却后得到铜/钼/铜层状复合金属材料。
2.根据权力要求1所述的一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于， 步骤二中所述间隙材料一的材质与铜板一(1)相同，间隙材料一的高度为Imm 5mm ο
3.根据权力要求1所述的一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于， 步骤二和步骤四中所述炸药均为铵油炸药，炸药的铺设密度均为0. 5g/cm3 1. Og/cm3，炸药的铺设高度均为15mm 40mm，炸药爆速均为1500m/s 3000m/s。
4.根据权力要求1所述的一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于， 步骤三中所述退火处理的时间为0. 5h lh。
5.根据权力要求1所述的一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于， 步骤五中所述间隙材料二(5)的材质与铜板二(3)相同，间隙材料二(5)的高度为Imm 5mm ο
6.根据权力要求1所述的一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于， 步骤五中所述热轧过程中每道次轧制温度不低于500°C。
7.根据权力要求1所述的一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于， 步骤五中所述道次变形率不大于10%。
8.根据权力要求1所述的一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于， 步骤五中所述热轧的总变形率为40% 85%。
9.根据权力要求1所述的一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，其特征在于， 步骤六中所述退火处理的时间为0.证 lh。
全文摘要
本发明公开了一种铜/钼/铜层状复合金属材料的制备方法，该方法为一、对铜板一、铜板二和钼板的待复合面进行打磨处理；二、钼板和铜板一爆炸复合得到复合板；三、对复合板进行退火处理；四、复合板和铜板二爆炸复合得到铜/钼/铜复合板坯；五、将铜/钼/铜复合板坯热轧；六、退火处理，随炉冷却得到铜/钼/铜层状复合金属材料。本发明方法简单，对设备要求不高，生产成本低，容易实现批量生产，具有较好的生产应用价值。本发明采用爆炸复合技术实现铜/钼的复合，克服了铜/钼难以复合的加工难题，并通过控制轧制的工艺参数，避免了复合界面开裂以及钼本身发生断裂的情况，为批量化生产铜/钼/铜层状复合金属材料提供了有力的技术支撑。
文档编号B32B15/01GK102371719SQ20111025098
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者张家毓, 李选明, 梁艳, 董运涛 申请人:西北有色金属研究院