一种具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法和装置及其制得的产品与流程

本发明涉及一种具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法，和该方法制得的具有铝柱的铝碳化硅板，以及用于制备具有铝柱的铝碳化硅板的装置。

背景技术：

现有的具有铝柱的铝碳化硅板是通过压力容器和石墨模具进行真空压力成型来制得，具体的方法为：石墨模具内放入铝碳化硅板，然后感应线圈将石墨模具预热至650℃，再将熔化的铝液倒入石墨模具中，盖上炉盖，密封好炉体内的高压腔体并开始迅速抽真空，继续加热，待温度至700℃，腔体内真空度≤10Pa时，停止抽真空，开始向腔体内充入高压惰性气体，待达到设定压力值时(5MPa)时，停止通气，700℃保温10min后，停止加热开始冷却，降到室温后，打开腔体，取出产品。

虽然上述方法可以制得具有铝柱的铝碳化硅板，然而，该方法中由于使用石墨作为模具，因此，制得的产品不易脱模，造成石墨模具寿命较短，成本较高，另外，制备过程中还需要高压和真空条件，因此，该方法较复杂。最重要的一点是，制得的产品中铝碳化硅板与铝柱的结合力较差。

因此，现在急需一种能够提高铝碳化硅板与铝柱结合力、且简单、成本低廉的具有铝柱的铝碳化硅板制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中铝碳化硅板与铝柱结合力较低、制备工艺较复杂、成本较高的缺陷，提供一种具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法，以及该方法制备的具有铝柱的铝碳化硅板，和用于制备具有铝柱的铝碳化硅板的装置。

因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法，该方法包括：将铝铸件正面压入型砂中，通过感应加热将所述铝铸件加热至熔融，将铝碳化硅板按压在所述熔融的铝上，然后冷却以使所述铝碳化硅板与铝柱结合为一体，其中，所述铝铸件正面设置有铝柱。

第二方面，本发明还提供了上述方法制备的具有铝柱的铝碳化硅板。

第三方面，本发明还提供了一种用于制备具有铝柱的铝碳化硅板的装置，该装置包括：砂模框、装载在该砂模框中的型砂以及设置在该砂模框外周的感应加热装置。

本发明的方法和设备制备的具有铝柱的铝碳化硅板产品能够在保证较高的力学、密度、导热系数、热膨胀系数以及铝层厚度等性能参数的情况下提高铝柱与铝碳化硅板的结合力。并且本发明的方法和装置不需要用到高压容器设备，所用设备简单易操作，型砂使用寿命较石墨模具寿命大幅提高，且可以重复回收利用，生产效率较现有技术方案也大幅提高。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明一种优选实施方式制备具有铝柱的铝碳化硅板的工艺和装置。

图2是现有技术制备具有铝柱的铝碳化硅板的工艺和装置。

附图标记说明

1砂模框 2型砂 3感应加热装置 4具有铝柱的铝铸件 5铝碳化硅板 6石墨模具 7感应加热线圈 8炉盖 9炉体

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一方面，本发明提供了一种具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法，该方法包括：将铝铸件正面压入型砂中，通过感应加热将所述铝铸件加热至熔融，将铝碳化硅板按压在所述熔融的铝上，然后冷却以使所述铝碳化硅板与铝柱结合为一体，其中，所述铝铸件正面设置有铝柱。

本发明中，具有铝柱的铝铸件可以本领域常规的铝铸件，例如其可以为一次压铸成型的具有铝柱的铝铸件。

本发明中，通过感应加热将所述铝铸件加热至熔融是指只要铝铸件的铝柱完全熔融，使得熔融的铝柱能够与铝碳化硅板结合为一体即可，至于铝板的熔融程度可以为全部熔融也可以为部分熔融。

本发明中，型砂装载在各种固定的容器内，例如可以装载在具有感应加热功能的石英坩埚中，或者装载在具有感应加热功能的铝砂框中，优选为装载在具有感应加热功能的铝砂框中。其中，所述感应加热功能可以由感应加热装置提供。

根据本发明所述的制备方法，优选地，该方法还包括：在将铝铸件压入型砂前，将型砂压实。

根据本发明所述的制备方法，其中，优选地，所述铝柱的厚度为5-6mm。

本发明中，将具有铝柱的铝铸件正面压入型砂中，其中，所述压入的深度可以与铝板的厚度相同。

根据本发明所述的制备方法，其中，所述铝碳化硅板为本领域常规的铝碳化硅板，优选地，所述铝碳化硅板上铝层的厚度为110-125μm，从而能够进一步提高铝碳化硅板与铝柱的结合力。

本领域的技术人员公知，铝的熔点为660℃。因此，通过感应加热将所述铝铸件加热至熔融的温度为660℃以上。

根据本发明所述的制备方法，其中，所述按压的条件只要能够使得冷却后，所述铝碳化硅板能够与铝柱结合为一体即可，但是，优选地，所述按压的条件包括：压力为10-15N，时间为1-5min，从而能够进一步提高铝碳化硅板与铝柱的结合力。

根据本发明所述的制备方法，其中，优选地，该方法还包括：将铝碳化硅板先预热再按压在所述熔融的铝上。

更优选地，将铝碳化硅板预热至580-650℃，从而能够进一步提高铝碳化硅板与铝柱的结合力。

在本发明的一种优选实施方式中，为了便于操作，该方法在如图1所示的型砂成型装置中实施，该型砂成型装置包括：砂模框1、装载在该砂模框中的型砂2以及设置在该砂模框外周的感应加热装置3。具体的实施过程包括：将型砂装载在砂模框中压实，然后将具有铝柱的铝铸件4的正面压入型砂2中5-6mm，再通过感应加热装置3将铝铸件4感应加热至熔融，将预热至580-650℃的铝碳化硅板5以压力10-15N、时间1-5min的按压条件按压在熔融的铝上，然后冷却以使铝碳化硅板5与铝柱结合为一体。

根据本发明所述的制备方法，其中，该方法还可以包括：在冷却后，进行脱模、机械加工除去飞边、毛刺。

第二方面，本发明还提供了上述方法制备的具有铝柱的铝碳化硅板。

本发明中，具有铝柱的铝碳化硅板中铝柱与铝碳化硅板之间的结合力为7N以上，优选为7.3-8.1N。

第三方面，本发明还提供了一种用于制备具有铝柱的铝碳化硅板的装置，该装置包括：砂模框1、装载在该砂模框中的型砂2以及设置在该砂模框外周的感应加热装置3。

其中，使用该装置制备具有铝柱的铝碳化硅板的优选实施方式如上所述。

实施例

实施例1

本实施例用于说明本发明的具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法和装置及其制得的产品。

如图1所示，将型砂2装载在砂模框1中压实，然后将具有铝柱的铝铸件4的正面压入型砂2中5.2mm，再通过感应加热装置3将铝铸件4感应加热至完全熔融，然后将预热至580℃的铝碳化硅板5(铝层厚度为110μm)以10N的压力按压在熔融的铝上保温5min，停止感应加热，自然冷却以使铝碳化硅板5与铝柱结合为一体，然后取出冷却后的工件，并用机加工的方法除去飞边和毛刺，得到具有铝柱的铝碳化硅板产品A。

实施例2

本实施例用于说明本发明的具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法和装置及其制得的产品。

如图1所示，将型砂2装载在砂模框1中压实，然后将具有铝柱的铝铸件4的正面压入型砂2中5.3mm，再通过感应加热装置3将铝铸件4感应加热至完全熔融，然后将预热至600℃的铝碳化硅板5(铝层厚度为120μm)以15N的压力按压在熔融的铝上保温1min，停止感应加热，自然冷却以使铝碳化硅板5与铝柱结合为一体，然后取出冷却后的工件，并用机加工的方法除去飞边和毛刺，得到具有铝柱的铝碳化硅板产品B。

实施例3

本实施例用于说明本发明的具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法和装置及其制得的产品。

如图1所示，将型砂2装载在砂模框1中压实，然后将具有铝柱的铝铸件4的正面压入型砂2中5.6mm，再通过感应加热装置3将铝铸件4感应加热至完全熔融，然后将预热至650℃的铝碳化硅板5(铝层厚度为125μm)以12N的压力按压在熔融的铝上保温2min，停止感应加热，自然冷却以使铝碳化硅板5与铝柱结合为一体，然后取出冷却后的工件，并用机加工的方法除去飞边和毛刺，得到具有铝柱的铝碳化硅板产品C。

实施例4

本实施例用于说明本发明的具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法和装置及其制得的产品。

按照实施例1的方法制备具有铝柱的铝碳化硅板，不同的是，将实施例1中的铝碳化硅板(铝层厚度为110μm)替换为铝碳化硅板(铝层厚度为107μm)，得到具有铝柱的铝碳化硅板D。

实施例5

本实施例用于说明本发明的具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法和装置及其制得的产品。

按照实施例1的方法制备具有铝柱的铝碳化硅板，不同的是，将实施例1中以8N的压力按压在熔融的铝上保温8min，得到具有铝柱的铝碳化硅板E。

实施例6

本实施例用于说明本发明的具有铝柱的铝碳化硅板的制备方法和装置及其制得的产品。

按照实施例1的方法制备具有铝柱的铝碳化硅板，不同的是，实施例1中，铝碳化硅板预热温度为550℃，得到具有铝柱的铝碳化硅板F。

对比例1

如图2所示，将与实施例1相同的铝碳化硅板放入石墨模具6中，在高压腔体中通过感应加热线圈7预热至600℃，导入铝液，继续加热，盖上炉盖8密封好高压腔体并开始抽真空，待温度达到700℃(并且腔体内真空度≤10Pa)，停止抽真空，开始往腔体内充入高压惰性气体，待达到设定压力值时(5MPa)，停止通气，700℃保温10min后，停止加热开始冷却，降到室温后，按照操作规程打开腔体，取出产品H。

测试例

将实施例1-6和对比例1得到的具有铝柱的铝碳化硅板进行力学性能(弯曲强度和弹性模量)、密度、导热系数和热膨胀系数测试，并测定铝碳化硅板的正面铝层的厚度，测定结果见表1。

将实施例1-6和对比例1得到的具有铝柱的铝碳化硅板进行结合力测定，测定结果见表1。

其中，力学性能测试方法：YB/T 5349-2006金属弯曲力学性能试验方法；

密度测试方法：排水法测量；

导热系数测试方法：ASTM E1461；

热膨胀系数测试方法：IPC-TM-650,2,4,24采用热机械分析法测定印制板用绝缘基材的玻璃化转变温度和热膨胀系数；

表面铝层厚度测试方法：取样，对样品断面进行抛光，用金相显微镜拍摄金相照片，使用相应软件测试铝层厚度；

铝碳化硅板与铝柱间结合力的测定方法：将待测试的样品固定在万能试验机上，并用夹具对柱子根部施力，待柱子断裂时，记录此时拉力大小。

表1

通过表1的数据可以看出，本发明的方法和设备制备的具有铝柱的铝碳化硅板产品能够在保证较高的力学、密度、导热系数、热膨胀系数以及铝层厚度等性能参数的情况下提高铝柱与铝碳化硅板的结合力。

将实施例1与实施例4比较可以看出，当铝碳化硅板上铝层的厚度为110-125μm，从而能够进一步提高铝碳化硅板与铝柱的结合力。

将实施例1与实施例5比较可以看出，当按压的条件包括：压力为10-15N，时间为1-5min时，从而能够进一步提高铝碳化硅板与铝柱的结合力。

将实施例1与实施例6比较可以看出，将铝碳化硅板预热至580-650℃，从而能够进一步提高铝碳化硅板与铝柱的结合力。

本发明的方法和设备制备的具有铝柱的铝碳化硅板产品能够在保证较高的力学、密度、导热系数、热膨胀系数以及铝层厚度等性能参数的情况下提高铝柱与铝碳化硅板的结合力。并且本发明的方法和装置不需要用到高压设备，所用设备简单易操作，型砂使用寿命较石墨模具寿命大幅提高，生产效率较现有技术方案也大幅提高。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。