一种SiC-（Al-Si）合金复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金复合材料的制备方法，尤其涉及一种SiC-(Al-Si)合金复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于3C电子产业的蓬勃发展，故高度集成化为现今的研发重点。然而，在产品体积不断缩小的同时，如何将产生的废热导出，便成为急需解决的问题。材料是解决问题的手段之一，如高导热的电子封装热沉材料。热沉材料主要目的为维持电子组件的接口温度低于安全规范，以避免因过热造成的性能衰退与不稳定。良好的热沉材料须具备以下条件:良好的热沉材料须具备以下条件:(I)高热传导率:使得热量能快速从组件带出，材料的热导率要高。(2)低热膨胀系数:在电子封装的过程中，若热沉材料的热膨胀变形量过大，则产生的热应力将破坏产品的结构使其功能失效。为了降低因温度变化产生的热应力，良好的热沉材料须同时具备与产品相匹配的热膨胀系数。以电子封装而言，为匹配S1、GaAs、A1203、和Be等电子材料，其热膨胀系数需求为4?7 X 10-6/K、印刷电路板约为12?20 X 10-6/K。SiC-Al复合材料，它既具有SiC的低膨胀特性，又具有Al-Si合金的高导热性，尤其可贵的是，其热膨胀系数和导热导电性能可以通过调整材料的成份加以设计，因而给该材料的应用带来极大的方便。
[0003]粉末冶金法、铸造法是制备SiC-(Al-Si)合金复合材料的有效手段。粉冶法即将SiC与Al合金基体粉末相混合，并在固相线温度以上进行热压烧结或挤压烧结。对该方法的研究比较成功，工艺较为成熟，生产出来的制品性能良好，目前已有商品投入市场。但该方法工艺复杂，成本较高，制品形状和尺寸受到限制，不利于大规模推广应用。铸造法(熔融金属加工法)，其关键是把SiC颗粒均匀地散布于液态铝合金中，并使其最终弥散地分布在所形成的固态基体中。铸造法包括搅拌铸造法和压力铸造法，其突出的优点是:对设备要求低、工艺简单、成本较低，它克服了粉末冶金法的不足，使大规模工业生产成为可能，但由于SiC与Al合金的润湿性较差，需较大的压力和剧烈的搅动，会引入气泡和杂质，从而使复合材料性能受到一定的影响。
[0004]为了达到大规模工业生产，又能保证材料性能，需要一种对设备要求低、工艺简单、成本低廉，性能稳定的制备SiC-( Al-Si )合金复合材料的方法，但根据所查阅的国内外专利与文献的结果表明，目前还未见采用本发明专利制备方法的报道。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种对设备要求低、工艺简单、成本低廉，性能稳定的SiC-(Al-Si)合金复合材料的制备方法。
[0006]为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是:一种SiC-(Al-Si)合金复合材料的制备方法，步骤如下:
一、将原料竹炭以超音波清洗8?12min，再以78?83°C干燥22?26 h;在反应容器内表面铺上氧化铝粉，再放入硅粉，最后放入干燥后的原料竹炭，于保护气气氛下，以5°C/min升温至1500°C，保温8小时以上，再以5°C/min冷却到室温，形成竹炭碳化硅块材，而后研磨过筛得竹炭碳化硅颗粒；
二、将铝合金置于反应容器内，以每分钟10°C升温至700°C持温10分钟，加入纯铝，搅拌5分钟后浇铸，制得Al-7wt%Si?Al-12wt%Si的Al-Si铝合金作为渗透金属；
三、在模具上喷涂脱模剂，将模具置于温控装置中设定温度145?155°C之间，放置11?13 h，将步骤二制备的渗透金属置于模具内，再将步骤一制备的竹炭碳化硅颗粒置于渗透金属块材上，在保护气下，以5?20°C/min加温至695?710°C，再以I?5MPa/min加压力至50 MPa，保持温度5 min，而后在保持压力下冷却至室温，形成SiC-(Al-Si)合金复合材料。
[0007]进一步的，所述步骤一中，所采用的硅粉纯度298%。
[0008]更进一步的，所述原料竹炭与娃粉的摩尔比为1:3。
[0009]更进一步的，所述步骤一中的反应容器为坩祸，保护气为氩气。
[0010]进一步的，所述步骤一研磨过筛得竹炭碳化硅颗粒小于60目。
[0011 ]进一步的，所述步骤二中铝合金采用A413，反应容器为坩祸。
[0012]进一步的，所述步骤三中的模具为石墨模具。
[0013]进一步的，所述步骤三中竹炭碳化娃颗粒与招合金体积比为50vol%:50vol%。
[0014]进一步的，所述步骤二中加入纯招的比例在O?67.4 wt%之间。
[0015]本发明的有益效果是:由于采用普通市售竹炭，将其超音波清洗，干燥而后保护气下升温至1500度保持8小时以上，冷却后形成的多孔性竹炭碳化硅颗粒纯度极高，而且生产成本低廉;而步骤二制备方法简单，制备的渗透金属Al_7wt%Si?Al-12wt%Si的Al-Si招合金经过步骤三渗透，在高温、氩气及压力下使熔融Al-Si合金熔汤渗透入多孔碳化硅胚体中，形成SiC-(Al-Si)合金复合材料，完全满足电子封装热沉材料的使用要求。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
[0017]图1为本发明的制备工艺流程图；
图2为本发明实施例3所制备的小于325目竹炭碳化硅颗粒与Al-Si合金制备的SiC-(Al-Si)合金复合材料的物相图；
图3为本发明实施例3中竹炭碳化硅块材形貌图；
图4为本发明实施例3中SiC-(Al-Si)合金复合材料显微结构图；
图5为本发明实施例3中SiC-(Al-Si)合金复合材料试片经敲击破坏显微结构图；
图6为本发明实施例3中SiC-(Al-Si)合金复合材料试片经Ring-on-Ring弯曲强度试验显微结构图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
如图1所示的一种SiC-(Al-Si)合金复合材料的制备方法，步骤如下:
I)将市售竹炭以超音波清洗10分钟，再以80°C干燥24小时，其竹炭与纯度98%的硅粉以1:3摩尔比进行反应。先将坩祸内部铺上氧化铝粉，再放入硅粉，最后置入竹炭块材。于氩气氛下，以5°C/min升温至1500°C持温8小时以上，再以5°C/min冷却到室温，形成竹炭碳化硅块材。将其研磨过筛至60?80目竹炭碳化硅颗粒。
[0019]2)渗透金属采用Al-10wt%Si的Al-Si铝合金。将A413铝合金置于坩祸内，以每分钟10°(3升温至700°(3持温10分钟，加入2.1 wt%纯铝，搅拌5分钟后浇铸，制得Al_10wt%Si
招合金。
[0020]3)先在石墨模具上喷涂脱模剂，置于150°C之烘箱12小时。将Al-Si铝合金置于石墨模具内，放入竹炭碳化娃颗粒于金属块材上方。将其在氩气下，以5°C/min加温至700°C，再以IMPa/min加压力至50 MPa，并持温5分钟。竹炭碳化硅颗粒与铝合金体积比为50vol%:50vol%。最后在保持压力下冷至室温形成SiC-(Al-Si)合金复合材料。
[0021]所形成SiC-(Al-Si)合金复合材料相对密度为91.6%，硬度为94.2HRB15T，磨耗量为1.lmg，双轴弯曲强度为460MPa。
[0022]实施例2
I)将市售竹炭以超音波清洗8分钟，再以83°C干燥22小时，其竹炭与纯度98%以上的硅粉以1:3摩尔比进行反应。先将坩祸内部铺上氧化铝粉，再放入硅粉，最后置入竹炭块材。于氩气氛下，以5°C/min升温至1500°C持温8小时以上，再以5°C/min冷却到室温，形成竹炭碳化硅块材。将其研磨过筛至200?300目竹炭碳化硅颗粒。
[0023]2