一种高硅铝合金的制备方法与流程

1.本发明涉及铝合金制备工艺领域，具体涉及一种高硅铝合金的制备方法。


背景技术：

2.航空航天事业快速发展，对于航空航天用电子器件提出了体积更小、集成化更高、质量更轻的要求，高硅铝合金(si/al)材料由于其高热导率、与芯片材料良好的热膨胀匹配性能、轻质低密度等特性，在航空航天用电子封装材料中有着极其广阔的应用前景。
3.现有高硅铝合金的制备方法有粉末冶金法、搅拌铸造法、压力浸渗法等。粉末冶金法虽性能优异，但该工艺复杂、成本高、制备过程中粉末易氧化，同时也不便制备大尺寸坯件。搅拌铸造方法简单，制造成本低，但该工艺增强相易偏聚，组织粗大，易发生有害界面反应，增强相的体积分数也受到一定限制。压力浸渗法可制备高达50％体积百分比的复合材料。但该工艺存在预制块易变形、微观结构不均匀、晶粒尺寸粗大、易产生有害界面反应等缺点。喷射沉积法是目前国内外用于制备高硅铝合金的主要方法，可以显著减小高硅铝合金材料的晶粒尺寸、细化微观组织，使si颗粒均匀、弥散地分布在铝基体中，大幅度提高增强相粒子在基体中的固溶度，获得偏析少或者无偏析的均匀微观组织。材料的力学性能、热物理性能以及机械加工性能得到优化，但是喷射沉积工艺存在工艺参数难以控制，材料浪费严重的问题。
4.因此，一种新的工艺制备高硅铝合金对于高硅铝合金在电子封装领域的应用与发展具有重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种高硅铝合金的制备方法，用以解决目前现有技术存在的合金制备工艺复杂、对设备的要求偏高等技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.一种高硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将铝粉和硅粉混合得到的混合粉末装入模具中，并对所述混合粉末施加轴向压力预压紧；
9.(2)对所述混合粉末施加轴向压力和100hz-20000hz的脉冲电流，并在高温下烧结，得到中间产品；
10.(3)将所述中间产品在模具内保压一定时间后进行冷却，冷却后进行脱模即得所述高硅铝合金。
11.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中对所述混合粉末施加的轴向压力为5mpa～20mpa，预压紧时间为10s～30s。
12.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中根据所述混合粉末的质量采用不同的轴向压力及预压紧时间：当所述混合粉末的质量低于200g时，施加的轴向压力为5mpa～8mpa，预压紧时间为10s～15s；当所述混合粉末的质量为200～500g时，施加的轴向压力为
8mpa～15mpa，预压紧时间为15s～25s；当所述混合粉末的质量大于500g时，施加的轴向压力为15mpa～20mpa，预压紧时间为25s～30s。
13.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中所述混合粉末的烧结温度为550℃～800℃，烧结时间为10min～15min。
14.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中对所述混合粉末施加的轴向压力低于步骤(1)中对混合粉末施加的轴向压力；步骤(2)中对所述混合粉末施加的轴向压力为1mpa～10mpa。
15.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中根据所述混合粉末中的硅含量采用不同的烧结温度和轴向压力：当所述混合粉末中的硅的质量含量为30％～50％时，烧结温度为550℃～600℃，施加的轴向压力为1mpa～3mpa，所述混合粉末中的硅的质量含量为50％～70％时，烧结温度为600℃～650℃，施加的轴向压力为3mpa～5mpa，所述混合粉末中的硅的质量含量大于70％时，烧结温度为650℃～800℃，施加的轴向压力为5mpa～10mpa。
16.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中所述保压时间为5min～10min。
17.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中所述保压过程中，对所述中间产品施加的轴向压力逐渐减小至零。
18.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中所述冷却的速度为1℃/min～15℃/min，冷却至温度低于50℃时即可脱模。
19.作为上述技术方案的进一步优选，所述模具采用石墨材质制成。
20.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中硅粉及铝粉的直径均不大于20微米。
21.与现有技术相比，本发明的优点在于：
22.(1)本发明工艺简单，对设备要求较低，经过混料后就可直接进行烧结，获得大尺寸的高硅铝合金；
23.(2)本发明制备的高硅铝合金与喷射沉积及热等静压等技术相比，成分均匀，显微组织中硅颗粒平均尺寸不大于50微米，且无明显棱角；
24.(3)本发明制备的高硅铝合金具有良好的性能：密度为2.4～2.55kg/m3；比热容为730～830j/(kg
·
℃)；热导率为110～150w/(mk)；电导率为1～1.7ms/m；热膨胀系数为：9.6～22.3ppm/℃。
附图说明
25.图1为实施例1制得的高硅铝合金的宏观照片；
26.图2为实施例1制得的高硅铝合金的显微组织图；
27.图3为实施例2制得的高硅铝合金的宏观照片；
28.图4为实施例2制得的高硅铝合金的显微组织图。
具体实施方式
29.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
30.实施例1：
31.本实施例的高硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：
32.(1)粉末准备：将硅粉和铝粉按硅含量80％的比例配比，其中硅粉216g，铝粉54g，
采用小型混料机干混6小时，将混合后的270g粉末装入内径为φ81mm的石墨模具内；
33.(2)预压紧：将模具置于可施加压力的烧结装置中，施以10mpa的轴向压力进行预压20s；
34.(3)粉末烧结：预压完毕后，施以500hz脉冲电流的同时减少轴向压力至9mpa进行烧结得到中间产品，烧结温度为700℃，烧结时间为15min；
35.(4)保压及冷却：待烧结完成后，继续保压5分钟，保压结束后缓慢减小轴向压力至零，随后将模具转运至冷却装置中，以5℃/min的速度冷却，待温度低于50℃后进行脱模，可得到高致密度、组织均匀的高硅铝合金块体。
36.获得的高硅铝合金样品宏观图如图1所示，显微组织如图2所示。对其性能进行测试，结果如下：热膨胀系数为9.67
×
10-6
/k；热导率(25℃)为110.3w/(mk)；密度为2.4g/cm3；电导率为1.11ms/m。
37.实施例2：
38.本实施例的高硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)粉末准备：将硅粉和铝粉按硅含量50％的比例配比，其中硅粉235g，铝粉235g，采用小型混料机干混6小时，将混合后的470g粉末装入内径为φ81mm的石墨模具内；
40.(2)预压紧：将模具置于可施加压力的烧结装置中，施以13mpa的轴向压力进行预压25s；
41.(3)粉末烧结：预压完毕后，施以500hz脉冲电流的同时减少轴向压力至5mpa进行烧结得到中间产品，烧结温度为625℃，烧结时间为15min；
42.(4)保压及冷却：待烧结完成后，继续保压5分钟，保压结束后缓慢减小轴向压力至零，随后将模具转运至冷却装置中，以5℃/min的速度冷却，待温度低于50℃后进行脱模，可得到高致密度、组织均匀的高硅铝合金块体。
43.获得的高硅铝合金样品宏观图如图3所示，显微组织如图4所示。对其性能进行测试，结果如下：热膨胀系数为18.4
×
10-6
/k；热导率(25℃)为130w/(mk)；密度为2.46g/cm3；电导率为1.63ms/m。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。