一种Al-AlN-SiC复合材料及其制备方法与流程

本发明属于金属基复合材料，涉及一种al-aln-sic复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、al-sic材料以其低成本、高力学性能和良好的热性能，在汽车、航空和电子封装等领域有着广泛的应用前景。氮化铝具有热膨胀系数低、导热系数高等优点，是另一种具有吸引力的热管理材料。然而，传统的al-sic材料中sic呈粗糙的、有棱角的孤立相，显著降低了材料的力学性能和热学性能。此外，纯aln材料由于其固有缺陷而表现出脆性，限制了其在许多领域的应用。

2、为了改善al-sic材料的力学性能和热性能，在al-sic基体中加入aln相是一种很有前途的方法。例如，aln的热膨胀系数与sic的热膨胀系数较为接近，但热导率较sic更大，因此，在某些领域，al-aln-sic材料可以替代传统的al-sic材料。

3、基于此，结合al-sic和aln材料优异性能的原位合成aln骨架增强al-aln-sic复合材料，在电子封装领域具有潜在的应用价值。

4、传统制备al-aln-si材料的方法一般为：(1)采用al渗透多孔si3n4预制体工艺，通过si3n4与al的原位反应获得aln-si互连结构的al-aln-si材料，但由于熔融al难以完全熔渗入si3n4预体件，导致一些封闭的气孔不能完全填充，且si3n4预制体成本较高。(2)采用粉末冶金技术(al、aln、sic)制备具有均匀组织的al-aln-si材料，可以有效地优化相尺寸和形貌。专利文件cn103160716b公开了低热膨胀和高强度aln-si-al混杂复合材料及其制备方法，采用的是粉末冶金技术，制得的aln-si-al混杂复合材料致密度优异；然而，该方法存在一定的缺陷，特别是制备的过程中，熔融al与aln粉末之间的润湿性相对较低，导致aln与al之间的连接性较差，在al基体中不易形成aln-si互连结构，同时该方法需用的aln粉末成本较高，不利于大规模工业化生产。

5、鉴于上述原因，亟需研究一种制备方法简单、性能优异的新型al-aln-sic复合材料。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，发明出一种al-aln-sic复合材料及其制备方法，经由铝粉和碳化硅粉球磨和放电等离子热压烧结制得，烧结过程中通入氮气，原位合成al-aln-sic复合材料，是一种高效、低成本制备al-aln-sic复合材料的方法。所述al-aln-sic复合材料具有优异的热性能，满足电子封装材料的要求，从而完成了本发明。

2、具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

3、第一方面，提供一种al-aln-sic复合材料，所述复合材料中，以质量计，sic的百分含量为10～70％，al的百分含量为20～60％，aln的百分含量为10～30％。

4、可选地，所述复合材料致密度为98～99.5％，热膨胀系数为6～13×10-6·k-1，导热系数为80～160w·m-1·k-1。

5、可选地，所述复合材料将铝粉和碳化硅粉经球磨和烧结制得，其中，烧结过程中通入氮气。

6、第二方面，提供一种al-aln-sic复合材料的制备方法，所述方法包括：

7、步骤1，将铝粉和碳化硅粉球磨，得到复合粉末；

8、步骤2，将所述复合粉末烧结，制得所述al-aln-sic复合材料。

9、可选地，在步骤1中，所述球磨速度为100～700r/min，球磨时间为0.5～12h。

10、可选地，在步骤1中，球磨时加入球磨介质，所述球磨介质为醇类溶剂。

11、可选地，在步骤2中，所述烧结包括：以20～60℃/min的升温速率从常温升温至600～1200℃，保温0.5～3h。

12、可选地，在步骤2中，以10～30l/h的速率通入氮气。

13、可选地，在步骤2中，烧结过程中对复合粉末施加压力，所采用的压力为30～100mpa。

14、第三方面，提供一种电子封装材料，所述电子封装材料采用第二方面所述方法制得的al-aln-sic复合材料。

15、本发明所具有的有益效果包括：

16、(1)本发明提供的al-aln-sic复合材料的热膨胀系数为5～12×10-6·k-1，导热系数为80～160w·m-1·k-1。

17、(2)本发明提供的al-aln-sic复合材料的制备方法，将铝粉和碳化硅粉经球磨和放电等离子热压烧结制得，在烧结过程中通入的氮气为氮源，促进aln的原位反应，是一种高效、低成本制备al-aln-sic复合材料的方法。

18、(3)本发明提供的al-aln-sic复合材料的制备方法，采用铝粉和碳化硅粉，结合放电等离子烧结技术，原位合成al-aln-sic复合材料，有效解决了al-sic中粗糙的孤立sic相导致al-aln-sic复合材料力学和热学性能降低的问题。

技术特征：

1.一种al-aln-sic复合材料，其特征在于，所述复合材料中，以质量计，sic的百分含量为10～70％，al的百分含量为20～60％，aln的百分含量为10～30％。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，优选的，所述复合材料致密度为98～99.5％，热膨胀系数为6～13×10-6·k-1，导热系数为80～160w·m-1·k-1。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料经由铝粉和碳化硅粉球磨和烧结制得，其中，烧结过程中通入氮气。

4.一种al-aln-sic复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述球磨速度为100～700r/min，球磨时间为0.5～12h。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤1中，球磨时加入球磨介质，所述球磨介质为醇类溶剂。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述烧结包括：以20～60℃/min的升温速率从常温升温至600～1200℃，保温0.5～3h。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤2中，以10～30l/h的速率通入氮气。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤2中，烧结过程中对复合粉末施加压力，所采用的压力为30～100mpa。

10.一种电子封装材料，其特征在于，所述电子封装材料采用权利要求4至9之一所述方法制得的al-aln-sic复合材料。

技术总结
本发明公开了一种Al‑AlN‑SiC复合材料及其制备方法，经由铝粉和碳化硅粉球磨和放电等离子热压烧结制得，烧结过程中通入氮气，原位合成Al‑AlN‑SiC复合材料，是一种高效、低成本制备Al‑AlN‑SiC复合材料的方法。所述Al‑AlN‑SiC复合材料具有优异的热性能，满足电子封装材料的要求。

技术研发人员：张垠,马敏静,王哲,曹开颜
受保护的技术使用者：陕西南洋智光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14