技术领域：
：本发明涉及复合材料领域，具体的涉及一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法。
背景技术：
：：随着现代电子信息技术的迅速发展，电子系统及设备向大规模集成化、小型化、高效率和高可靠性方向发展。电子封装正在与电子设计及制造一起，共同推动着信息化社会的发展。由于电子器件和电子装置中元器件复杂性和密集性的日益提高，因此迫切需要研究和开发性能优异、可满足各种需求的新型电子封装材料。为了保证电子元件的正常工作，对电子封装材料的特性有以下要求：1)有较高的热导率(tc)，以使元件工作时产生的大量热量能及时散发出去，保护器件不因温升过高而失效；2)由于真空微电子学的发展，要求电子元件在较高真空下工作，从而要求材料又极高的气密性,，即材料内部致密、空隙度少；3)较低的热膨胀系数(cte)，要与封装的硅片、砷化镓、陶瓷al2o3或beo的热膨胀系数相匹配，使其避免元件工作时，两者热膨胀系数差异产生热应力而导致元件失效；4)要求材料有较高机械强度和和良好加工性能，以便与加工成各种复杂的形状；5)在航空航天领域及其他某些便携式电子器件中要求有较低的密度，尽可能减轻器件的重量；6)要求材料成本低廉，便于大规模生产。电子封装材料主要有三大类：陶瓷封装材料、塑料封装材料和金属及金属基复合材料。其金属基复合材料可以将金属基体优良的热导性能和增强体材料低膨胀系数的特性结合起来。因此，电子封装用金属基复合材料成为未来发展的重要方向。高硅铝合金材料能够保持硅和铝各自的优异性能，并且硅、铝的含量相当丰富，硅粉的制备技术成熟，成本低廉，同时这种材料对环境没有污染，对人体无害。高硅铝合金材料将成为一种具有广阔前景的电子封装材料，特别是在航空航天等空间
技术领域：
，得到了广泛的应用。但是随着航空航天技术的发展，目前的高硅铝合金材料的耐高温以及热膨胀、导热性能已经达不到其要求，亟需一种性能更为优异的铝合金材料。技术实现要素：：本发明的目的是提供一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法，该方法成本低，制得的电子封装材料强度大、密封性好、耐高温性能优异，热膨胀系数低，加工性能好。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元混合均匀，在真空炉中，750-950℃、真空度≤10-2pa的条件下进行熔炼，制得al-cu-mg-si-ni合金坯锭，然后对其进行气雾化制粉得到al-cu-mg-si-ni雾化粉末；(2)采用化学镀的方法，在碳纳米管表面镀铜，制得表面包覆有铜膜的碳纳米管，然后将其与制得的al-cu-mg-si-ni雾化粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀，并将混合好的粉末在压力130-220mpa，保压时间为10-30min的条件下进行冷静压成型，将冷等静压后的坯锭装入金属包套内，420-560℃下进行真空除气30-90min，然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型，然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化，去除包套，得到铝基复合材料；(3)将铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置，然后进行包套，脱气密封，并将密封后的包套材料进行热等静压处理，然后高温轧制，轧制后的材料冷却至室温，去除包套，得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元按重量百分比计，其含量分别为：cu3.0-6.0％，mg0.8-1.8％，si16-25％，ni0.1-7％，余量为al。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述气雾化制粉的条件为：al-cu-mg-si-ni合金坯锭的温度为750-950℃，保温时间为10-15min，气雾化浇注温度为750-950℃，雾化时的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述碳纳米管的长度为1-2μm，其直径为20-50nm，表面涂覆铜薄膜的厚度为2-8nm。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述固溶时效处理的条件为：固溶温度为430-500℃，保温时间为1-4h；水冷，水温为20-30℃，时效温度为135-210℃，保温时间为3-10h。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述挤压成型的条件为：挤压坯料加热温度为420-520℃，挤压模具温度为400-500℃，挤压比为(10-30)：1。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置时各层的厚度分别为1.5mm、3mm、1.5mm。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述热等静压处理的条件为：700-1000℃，45-270mpa，保压时间1-5h。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述高温轧制的具体过程为：将包套材料放入加热炉中，首先以10℃/min的速率升温至700-800℃，保温15-20min，然后以5℃/min的速率升温至1200℃，保温10-20min，然后迅速放入轧机开扎，道次变形量为10-25％，轧制总变形量为50-85％。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，轧制后材料冷却的条件为：首先将包套材料冷却至500-600℃，保温5-10min，然后空冷至室温。轧制温度和初道次变形率以及轧制前的处理对材料的结合强度有显著影响，本发明首先将层状材料升温至700-800℃，保温一段时间，使得层与层之间的铝原子可以进行缓慢均匀的扩散，形成一定的扩散层，然后继续升温至1200℃，保温一段时间，使得材料层间进行初步结合，然后再放于轧制机上进行轧制，使得材料层间结合强度大，制得的材料力学性能好。本发明采用热轧复合，因为铝基复合材料和al的强度相差较大，热膨胀系数相差大，冷轧复合会出现界面结合不强和不完整现象。本发明具有以下有益效果：(1)首先本发明在al-cu-mg-si合金中添加适量的ni组元，其可以与基体材料形成耐热相，有效提高了材料的高温强度；本发明还在碳纳米管表面镀一层铜膜，然后将其加入到合金材料中，制得的材料稳定性好，且还有效改善了材料的耐磨性能以及导电性能；(2)另一方面，本发明采用制得的铝基复合材料与al板形成层状材料，该材料为三明治结构，制得的材料兼有铝基复合材料与al板的优点，导电性好，耐腐蚀性能优异，热膨胀系数低，力学性能佳。具体实施方式：为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。实施例1一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元混合均匀，在真空炉中，750℃、真空度≤10-2pa的条件下进行熔炼，制得al-cu-mg-si-ni合金坯锭，然后对其进行气雾化制粉得到al-cu-mg-si-ni雾化粉末；其中，al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元按重量百分比计，其含量分别为：cu3.0％，mg0.8％，si16％，ni0.1％，余量为al；气雾化制粉的条件为：al-cu-mg-si-ni合金坯锭的温度为750℃，保温时间为10min，气雾化浇注温度为750℃，雾化时的保护气氛为氦气；(2)采用化学镀的方法，在碳纳米管表面镀铜，制得表面包覆有铜膜的碳纳米管，然后将其与制得的al-cu-mg-si-ni雾化粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀，并将混合好的粉末在压力130mpa，保压时间为10min的条件下进行冷静压成型，将冷等静压后的坯锭装入金属包套内，420℃下进行真空除气30min，然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型，然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化，去除包套，得到铝基复合材料；其中，碳纳米管的长度为1μm，其直径为20nm，表面涂覆铜薄膜的厚度为2nm，固溶时效处理的条件为：固溶温度为430℃，保温时间为1h；水冷，水温为20-30℃，时效温度为135℃，保温时间为3h；挤压成型的条件为：挤压坯料加热温度为420℃，挤压模具温度为400℃，挤压比为10：1；(3)将铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置，然后进行包套，脱气密封，并将密封后的包套材料进行热等静压处理，然后高温轧制，轧制后的材料冷却至室温，去除包套，得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料；其中，热等静压处理的条件为：700℃，45mpa，保压时间1h；所述高温轧制的具体过程为：将包套材料放入加热炉中，首先以10℃/min的速率升温至700℃，保温15min，然后以5℃/min的速率升温至1200℃，保温10min，然后迅速放入轧机开扎，道次变形量为10％，轧制总变形量为50％；轧制后材料冷却的条件为：首先将包套材料冷却至500℃，保温5min，然后空冷至室温。实施例2一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元混合均匀，在真空炉中，950℃、真空度≤10-2pa的条件下进行熔炼，制得al-cu-mg-si-ni合金坯锭，然后对其进行气雾化制粉得到al-cu-mg-si-ni雾化粉末；其中，al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元按重量百分比计，其含量分别为：cu6.0％，mg1.8％，si25％，ni7％，余量为al；气雾化制粉的条件为：al-cu-mg-si-ni合金坯锭的温度为950℃，保温时间为15min，气雾化浇注温度为950℃，雾化时的保护气氛为氩气；(2)采用化学镀的方法，在碳纳米管表面镀铜，制得表面包覆有铜膜的碳纳米管，然后将其与制得的al-cu-mg-si-ni雾化粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀，并将混合好的粉末在压力220mpa，保压时间为30min的条件下进行冷静压成型，将冷等静压后的坯锭装入金属包套内，560℃下进行真空除气90min，然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型，然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化，去除包套，得到铝基复合材料；其中，碳纳米管的长度为2μm，其直径为50nm，表面涂覆铜薄膜的厚度为8nm，固溶时效处理的条件为：固溶温度为500℃，保温时间为4h；水冷，水温为20-30℃，时效温度为210℃，保温时间为10h；挤压成型的条件为：挤压坯料加热温度为520℃，挤压模具温度为500℃，挤压比为30：1；(3)将铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置，然后进行包套，脱气密封，并将密封后的包套材料进行热等静压处理，然后高温轧制，轧制后的材料冷却至室温，去除包套，得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料；其中，热等静压处理的条件为：1000℃，270mpa，保压时间5h；所述高温轧制的具体过程为：将包套材料放入加热炉中，首先以10℃/min的速率升温至800℃，保温20min，然后以5℃/min的速率升温至1200℃，保温20min，然后迅速放入轧机开扎，道次变形量为25％，轧制总变形量为75％；轧制后材料冷却的条件为：首先将包套材料冷却至600℃，保温10min，然后空冷至室温。实施例3一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元混合均匀，在真空炉中，800℃、真空度≤10-2pa的条件下进行熔炼，制得al-cu-mg-si-ni合金坯锭，然后对其进行气雾化制粉得到al-cu-mg-si-ni雾化粉末；其中，al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元按重量百分比计，其含量分别为：cu3.5％，mg1.1％，si18％，ni2％，余量为al；气雾化制粉的条件为：al-cu-mg-si-ni合金坯锭的温度为800℃，保温时间为10min，气雾化浇注温度为800℃，雾化时的保护气氛为氮气；(2)采用化学镀的方法，在碳纳米管表面镀铜，制得表面包覆有铜膜的碳纳米管，然后将其与制得的al-cu-mg-si-ni雾化粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀，并将混合好的粉末在压力150mpa，保压时间为15min的条件下进行冷静压成型，将冷等静压后的坯锭装入金属包套内，460℃下进行真空除气40min，然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型，然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化，去除包套，得到铝基复合材料；其中，碳纳米管的长度为1μm，其直径为30nm，表面涂覆铜薄膜的厚度为4nm，固溶时效处理的条件为：固溶温度为450℃，保温时间为2h；水冷，水温为20-30℃，时效温度为150℃，保温时间为4h；挤压成型的条件为：挤压坯料加热温度为440℃，挤压模具温度为400℃，挤压比为15：1；(3)将铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置，然后进行包套，脱气密封，并将密封后的包套材料进行热等静压处理，然后高温轧制，轧制后的材料冷却至室温，去除包套，得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料；其中，热等静压处理的条件为：800℃，80mpa，保压时间2h；所述高温轧制的具体过程为：将包套材料放入加热炉中，首先以10℃/min的速率升温至750℃，保温15min，然后以5℃/min的速率升温至1200℃，保温15min，然后迅速放入轧机开扎，道次变形量为10％，轧制总变形量为80％；轧制后材料冷却的条件为：首先将包套材料冷却至550℃，保温5min，然后空冷至室温。实施例4一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元混合均匀，在真空炉中，850℃、真空度≤10-2pa的条件下进行熔炼，制得al-cu-mg-si-ni合金坯锭，然后对其进行气雾化制粉得到al-cu-mg-si-ni雾化粉末；其中，al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元按重量百分比计，其含量分别为：cu4.0％，mg1.5％，si20％，ni3.5％，余量为al；气雾化制粉的条件为：al-cu-mg-si-ni合金坯锭的温度为850℃，保温时间为10min，气雾化浇注温度为850℃，雾化时的保护气氛为氩气；(2)采用化学镀的方法，在碳纳米管表面镀铜，制得表面包覆有铜膜的碳纳米管，然后将其与制得的al-cu-mg-si-ni雾化粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀，并将混合好的粉末在压力180mpa，保压时间为20min的条件下进行冷静压成型，将冷等静压后的坯锭装入金属包套内，510℃下进行真空除气50min，然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型，然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化，去除包套，得到铝基复合材料；其中，碳纳米管的长度为2μm，其直径为30nm，表面涂覆铜薄膜的厚度为5nm，固溶时效处理的条件为：固溶温度为460℃，保温时间为3h；水冷，水温为20-30℃，时效温度为170℃，保温时间为6h；挤压成型的条件为：挤压坯料加热温度为460℃，挤压模具温度为450℃，挤压比为20：1；(3)将铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置，然后进行包套，脱气密封，并将密封后的包套材料进行热等静压处理，然后高温轧制，轧制后的材料冷却至室温，去除包套，得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料；其中，热等静压处理的条件为：900℃，140mpa，保压时间3h；所述高温轧制的具体过程为：将包套材料放入加热炉中，首先以10℃/min的速率升温至800℃，保温20min，然后以5℃/min的速率升温至1200℃，保温12min，然后迅速放入轧机开扎，道次变形量为25％，轧制总变形量为50％；轧制后材料冷却的条件为：首先将包套材料冷却至500℃，保温10min，然后空冷至室温。实施例5一种低膨胀高温铝合金层状电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元混合均匀，在真空炉中，900℃、真空度≤10-2pa的条件下进行熔炼，制得al-cu-mg-si-ni合金坯锭，然后对其进行气雾化制粉得到al-cu-mg-si-ni雾化粉末；其中，al锭、cu锭、mg锭、si块、ni组元按重量百分比计，其含量分别为：cu5.0％，mg1.6％，si21％，ni5.5％，余量为al；气雾化制粉的条件为：al-cu-mg-si-ni合金坯锭的温度为900℃，保温时间为10min，气雾化浇注温度为900℃，雾化时的保护气氛为氮气；(2)采用化学镀的方法，在碳纳米管表面镀铜，制得表面包覆有铜膜的碳纳米管，然后将其与制得的al-cu-mg-si-ni雾化粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀，并将混合好的粉末在压力200mpa，保压时间为30min的条件下进行冷静压成型，将冷等静压后的坯锭装入金属包套内，530℃下进行真空除气70min，然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型，然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化，去除包套，得到铝基复合材料；其中，碳纳米管的长度为2μm，其直径为40nm，表面涂覆铜薄膜的厚度为7nm，固溶时效处理的条件为：固溶温度为480℃，保温时间为3.5h；水冷，水温为20-30℃，时效温度为190℃，保温时间为8h；挤压成型的条件为：挤压坯料加热温度为180℃，挤压模具温度为500℃，挤压比为25：1；(3)将铝基复合材料-铝板-铝基复合材料叠层放置，然后进行包套，脱气密封，并将密封后的包套材料进行热等静压处理，然后高温轧制，轧制后的材料冷却至室温，去除包套，得到低膨胀高温铝合金层状电子封装材料；其中，热等静压处理的条件为：900℃，230mpa，保压时间4h；所述高温轧制的具体过程为：将包套材料放入加热炉中，首先以10℃/min的速率升温至700℃，保温20min，然后以5℃/min的速率升温至1200℃，保温15min，然后迅速放入轧机开扎，道次变形量为20％，轧制总变形量为80％；轧制后材料冷却的条件为：首先将包套材料冷却至550℃，保温10min，然后空冷至室温。对比例1铝基复合材料中未添加ni元素，其他制备条件和实施例5相同。对比例2铝基复合材料中未添加表面包覆有铜膜的碳纳米管，其他制备条件和实施例5相同。对比例3步骤(3)中，高温轧制过程中直接升温至1200℃处理，其他制备条件和实施例5相同。对比例4步骤(3)中，冷却过程中直接随炉冷却至室温，其他条件和实施例5相同。下面对本发明制得的复合层状电子封装材料做性能测试。1、反复弯曲试验在0-90°之间反复垂直弯曲试样，直到试样出现界面分层或是一侧金属龟裂为止，在弯曲次数相同的情况下如若样品在界面没有出现剥离、翘起等现象而只是整体的脆断或是只有一侧金属层龟裂，则表明界面结合良好，结合强度高，否则，出现了分层现象，则说明界面结合度不够。其结果如表1所示；表1实验失效前弯曲的次数及失效情况实施例140b实施例242b实施例350b实施例448b实施例553b对比例136b对比例220b对比例310a对比例418aa：出现了界面分层b：完全断裂或一侧金属龟裂从上述数据来看，在高温轧制的过程中，不同温度分段处理后再压制，制得的材料结合性能更高，界面强度更大，这是因为先升温到一定温度处理一段时间，然后再升温处理时，更有利于层间铝原子的扩散，其扩散的也更均匀，从而有效提高了界面强度。2、拉伸性能拉伸试样的尺寸按照gb/t228-2002规定的拉伸试样进行浇注准备，高温拉伸强度试验时，需在试棒两头加工m16螺纹，高温拉伸试验在gmt5305万能试验机上进行，先将试棒随炉升温至300℃，保温30min，然后进行高温拉伸试验，最大载荷30kn，拉伸速率3mm/min。2、磨损试验耐磨性能测定采用gb/t12444.2-90标准，在济南试验机厂mrh-3型高速环块磨损试验机上进行干摩擦。试验采用环块对磨方法，试样尺寸采用12.32×12.32×19.05mm标准试块。对磨材料为gcr15钢，试验载荷为49n，磨损时间30min，对磨环转速200r/min。试样在试验条件下的磨损率用下式计算：u＝mv/(mpl)式中：u——磨损率(m3·n-1·m-1)m——磨损量(g)m——试样磨损前质量(g)p——载荷(n)v——试样体积(m3)l——相对磨损距离(m)3、热膨胀试验采用φ5mm×25mm的圆柱试样测试cnts含量不同的cnts/al复合材料的热膨胀系数(cte)，同时测试了纯铝和通过球磨后的纯铝样品的热膨胀系数作为对比。测试温度范围为0～300℃，升温速率为5℃/min。4、耐蚀性测试化学浸泡腐蚀试验的腐蚀溶液采用3.5％nacl，每个浸泡用的烧杯中腐蚀液加入量为250ml，大于一般20ml/cm2的面容比要求。为防止试验过程中溶液的蒸发，烧杯口用塑料膜罩住。试验采用完全浸入法，腐蚀周期为30天，试验温度为室温。为清除浸渍腐蚀试样表面的腐蚀产物，需选择一种只清除腐蚀产物而对试样基体不腐蚀的清除液。本试验采用了化学清洗法，即将10gcro3与25ml磷酸用蒸馏水稀释至500ml，加热至80℃对腐蚀后试样清洗8min，以清除腐蚀产物。试样清除腐蚀产物后经蒸馏水、酒精超声清洗后，烘干、称重。试样受腐蚀程度以腐蚀率(c)评价，腐蚀速率可采用下式计算：c＝(w0-w1)/w0w0为试样浸泡腐蚀前的质量，g；w1为试样浸泡腐蚀并除去腐蚀产物后的质量，g。测试结果如表2所示：表2300℃，拉伸强度，mpa磨损率，m3·n-1·m-1热膨胀系数，k-1腐蚀率实施例13200.073×10-1419.5×10-60.015实施例23150.072×10-1418.3×10-60.015实施例33220.069×10-1418.0×10-60.012实施例43280.072×10-1417.5×10-60.011实施例53150.068×10-1417.0×10-60.012对比例11030.078×10-1417.3×10-60.021对比例21151.568×10-1417.5×10-60.121对比例31201.025×10-1418.2×10-60.208对比例41831.001×10-1417.5×10-60.125从上述数据来看，本发明制得的材料耐磨性更好，热膨胀性能以及耐高温性能更优异，化学稳定性更好。当前第1页12