AlSiC复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及金属基复合材料领域，具体涉及一种alsic复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、铝基碳化硅(铝硅碳，以下记为alsic)复合材料具有优异的力学性能和物理性能，该复合材料具有高比强度和比刚度、低热膨胀系数、低密度、高微屈服强度、良好的尺寸稳定性、导热性以及耐磨、耐疲劳等优异的力学性能和物理性能，在航空航天、汽车、军事、电子、体育用具等领域被广泛应用。

2、alsic是一种先进的金属陶瓷复合材料，其中活性钎焊碳化硅陶瓷电路板具有较高的可靠性和散热能力，是恶劣环境下igbt半导体器件首选的封装材料。铝硅碳作为铝颗粒与碳化硅的复合材料，在制备过程中容易出现陶瓷相与衬底相润湿性差等问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种alsic复合材料及其制备方法和应用，旨在提供一种陶瓷相与衬底相润湿性好的复合材料。

2、为实现上述目的，本发明提出一种alsic复合材料，所述alsic复合材料包括：

3、衬底，所述衬底包括碳化硅载体，所述碳化硅载体包括位于表面的硅层，以及所述碳化硅载体间隙中的铝，所述硅层设有凹槽；以及，

4、碳纳米材料，设置在所述凹槽。

5、可选地，所述凹槽的宽度为0.438-2.49nm；和/或，

6、所述凹槽的深度为0.131-1.595nm。

7、可选地，所述凹槽设有多个。

8、可选地，所述凹槽设有多个，相邻的所述凹槽之间间距为0.15-10nm。

9、可选地，所述凹槽包括楔形槽或矩形槽，其中，所述楔形槽的坡度小于0.5。

10、可选地，所述碳纳米材料包括石墨、石墨烯和碳纳米管中任一种。

11、本发明还提供一种上述所述alsic复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

12、s10、提供一衬底，所述衬底设为碳化硅载体，所述碳化硅载体包括位于表面的硅层，将所述硅层中的硅原子部分去除，以获得碳化硅层带凹槽的衬底；

13、s20、将碳纳米材料加入所述凹槽内得衬底a；

14、s30、将液态状铝向所述衬底a扩散，以获得alsic复合材料。

15、可选地，步骤s10包括：提供一衬底，所述衬底设为碳化硅载体，所述碳化硅载体包括位于表面的硅层，调整激光器的脉冲能量去除碳化硅中表面的硅层的部分硅原子，以获得带凹槽的碳化硅衬底。

16、可选地，在步骤s30中，所述液态状铝包括铝液滴或铝液柱。

17、本发明还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括封装材料，所述封装材料为alsic复合材料，其中，所述alsic复合材料为上述权利要求任一所述的alsic复合材料或由如上述任意一项所述的alsic复合材料的制备方法制得。

18、本发明提供的技术方案中，alsic复合材料包括衬底和碳纳米材料，所述衬底包括碳化硅载体，且所述碳化硅载体包括位于表面的硅层，将所述硅层设有凹槽，且在所述凹槽中添加碳纳米材料，以及在所述碳化硅载体间隙中设有铝，由于设置在所述凹槽内的碳纳米材料的活性大于硅原子的活性，碳纳米材料与铝之间的结合概率大于碳原子与硅原子之间的结合概率，因此，增加了铝原子的迁移量，特别是在嵌有碳原子的碳化硅表面。在一定温度下，凹槽中嵌入的碳纳米材料在一定程度上分散了铝的密度，并且加剧了液滴对称中心线附近的原子聚集，因此，进一步地提高了复合材料制备过程中的润湿性。

技术特征：

1.一种alsic复合材料，其特征在于，所述alsic复合材料包括：

2.如权利要求1所述的alsic复合材料，其特征在于，

3.如权利要求1所述的alsic复合材料，其特征在于，所述凹槽设有多个。

4.如权利要求1或2所述的alsic复合材料，其特征在于，所述凹槽设有多个，相邻的所述凹槽之间间距为0.15-10nm。

5.如权利要求1所述的alsic复合材料，其特征在于，所述凹槽包括楔形槽或矩形槽，其中，所述楔形槽的坡度小于0.5。

6.如权利要求1所述的alsic复合材料，其特征在于，所述碳纳米材料包括石墨、石墨烯和碳纳米管中任一种。

7.一种如权利要求1～6任一所述alsic复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的alsic复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s10包括：提供一衬底，所述衬底设为碳化硅载体，所述碳化硅载体包括位于表面的硅层，调整激光器的脉冲能量去除碳化硅中表面的硅层的部分硅原子，以获得带凹槽的碳化硅衬底。

9.如权利要求7所述的alsic复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤s30中，所述液态状铝包括铝液滴或铝液柱。

10.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括封装材料，所述封装材料为alsic复合材料，其中，所述alsic复合材料为权利要求1-6任一所述的alsic复合材料或由如权利要求7-9任意一项所述的alsic复合材料的制备方法制得。

技术总结
本发明公开一种AlSiC复合材料及其制备方法和应用，所述AlSiC复合材料包括衬底，所述衬底包括碳化硅载体，所述碳化硅载体包括位于表面的硅层，以及所述碳化硅载体间隙中的铝，所述硅层设有凹槽；将碳纳米材料设置在所述凹槽。由于设置在所述凹槽碳纳米材料的活性大于硅原子的活性，碳纳米材料与铝原子之间的结合概率大于碳原子与硅原子之间的结合概率，因此，增加了铝原子的迁移量，特别是在嵌有原子的碳化硅表面。在一定温度下，凹槽中嵌入的碳纳米材料在一定程度上分散了铝的密度，并且增加了液滴对称中心线附近的原子聚集，因此，进一步地提高了复合材料制备过程中的润湿性。

技术研发人员：吕祎,廖丰,沈世龙,吴何畏,孙艳玲,刘红梅
受保护的技术使用者：湖北文理学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15