一種鋁基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及新材料及其加工技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種侶基復(fù)合材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 侶基復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展需求而涌現(xiàn)出的具有強(qiáng)大生命力的材料，它由兩 種或兩種W上性質(zhì)不同的材料通過各種工藝手段復(fù)合而成。高導(dǎo)熱材料在航空、軍事、信 息、能源等各個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景和重大意義。比如半導(dǎo)體及微電子行業(yè)，隨著 忍片制備技術(shù)日臻完善，半導(dǎo)體器件的集成度越來越高，功率密度越來越大，電子元件和集 成電路忍片產(chǎn)生的大量熱量，如果得不到及時(shí)有效散除會(huì)造成溫升，將影響半導(dǎo)體器件的 工作效率和使用壽命;而在傳統(tǒng)工業(yè)中，提高換熱器的導(dǎo)熱效率對(duì)于節(jié)省能源、提高效率也 具有重要的意義。目前最用的導(dǎo)熱散熱材料為侶及其合金或銅及其合金。純侶室溫下的導(dǎo) 熱系數(shù)約230W/(mwK)，而市面上常見的侶合金導(dǎo)熱系數(shù)均比純侶低，比如，ADC系列的侶合 金導(dǎo)熱系數(shù)僅為85-100W/(mwK)，傳統(tǒng)鑄侶導(dǎo)熱系數(shù)僅為140-160W/(mwK)。純銅的導(dǎo)熱系數(shù) 雖然高達(dá)403W/(m"K)，但其密度比侶大3倍多，價(jià)格是侶的2-3倍，同樣大小的通散熱器件， 造價(jià)會(huì)比侶高出至少6倍。銅的導(dǎo)熱性能比起侶要快的多，但銅的散熱沒有侶快，銅可W快 速的把熱量帶走，但無法在短時(shí)間內(nèi)把本身的熱量散去，另外銅的可氧化性運(yùn)是銅本身最 大的弊病。當(dāng)銅一旦出現(xiàn)氧化狀態(tài)，從導(dǎo)熱和散熱方面都會(huì)大大的下降。金銀雖然也有很高 的導(dǎo)熱系數(shù)，但其昂貴的價(jià)格使之在該領(lǐng)域沒有商業(yè)價(jià)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種侶基復(fù)合材料;通過在侶 基材料中的滲入碳材料，得到一種導(dǎo)熱系數(shù)高、導(dǎo)熱性能好的侶基復(fù)合材料。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種侶基復(fù)合材料，其是W重量比計(jì)的W下原料制備而成：
[0006] 侶 85 %-99 %，
[0007] 鐵 0.1 %-1 %，
[000引 鋒 0.2 %-1 %，
[0009] 銅 0.5%-4%，
[0010] 碳材料 0.2 %-9 %。
[0011] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料是W重量比計(jì)的W下原料制備而 成：
[0012] 侶 88%-95%，
[OOU]鐵 0.5%-1%，
[0014]鋒 0.5%-1%，
[001引銅 2%-4%，
[0016] 碳材料 2 %-6 %。
[0017] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明具體采用的碳材料為碳納米管、石墨締或石墨粉中的一 種或兩種W上混合。
[0018] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種侶基復(fù)合材料的制備方法，通過控分散-混合干 燥-壓鑄成型-燒結(jié)-鑄造的工藝流程將侶基材料與碳材料復(fù)合，得到導(dǎo)熱性能優(yōu)于侶，成本 與侶相近的新型高導(dǎo)熱侶基復(fù)合材料。具體可W通過兩種方法實(shí)現(xiàn)。
[0019] 其中本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料的第一種制備方法包括W下步驟：
[0020] 1)碳材料的分散:將碳材料加入到乙醇中，然后添加分散劑，采用超聲機(jī)超聲處理 0.5-5h，得到均勻的碳材料分散液；
[0021] 2)侶基混合:按比例在上述碳材料分散液中加入侶粉、鋒粉、鐵粉、銅粉，攬拌均勻 后過濾，得到的濾餅轉(zhuǎn)入真空干燥箱中進(jìn)行干燥，得到混合粉體；
[0022] 3)退火處理:將上述混合粉體鑄成塊體，隨后轉(zhuǎn)入真空退火爐，在450-700°C條件 下，退火2-lOh。
[0023] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明第一種制備方法所述的步驟1)乙醇中碳材料的占乙醇重 量的0.2%-20%，分散劑占乙醇重量的0.01 %-0.8%。
[0024] 其中，本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料的第二種制備方法包括W下步驟：
[0025] 1)碳材料的分散:將碳材料加入到乙醇中，然后添加分散劑，采用球磨罐球磨分散 0.5-5h，得到均勻的碳材料分散液；
[0026] 2)侶基混合:按比例在上述碳材料分散液中加入侶粉、鋒粉、鐵粉、銅粉，攬拌均勻 后過濾，得到的濾餅轉(zhuǎn)入真空干燥箱中進(jìn)行干燥，得到混合粉體；
[0027] 3)退火處理:將上述混合粉體鑄成塊體，隨后轉(zhuǎn)入真空退火爐，在450-700°C條件 下，退火2-lOh。
[0028] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料的第二種制備方中，步驟1)乙醇中 碳材料的占乙醇重量的0.2%-20%，分散劑占乙醇重量的0.01 %-0.8%。
[0029] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明所述的步驟1)中球磨罐的轉(zhuǎn)速為100-30化/min。
[0030] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明上述兩種制備方法中，所述分散劑為聚乙二醇、十二烷基 橫酸鋼、聚乙締化咯燒酬、乙二胺四乙酸和乙基纖維素中的一種或兩種W上混合。
[0031] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明上述兩種制備方法中，真空干燥箱過程中，干燥溫度為 60-85 °C，干燥時(shí)間為8-15h。
[0032] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：
[0033] 1.本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料通過在侶基材料中的滲入碳材料，得到一種導(dǎo)熱系 數(shù)高、導(dǎo)熱性能好的侶基復(fù)合材料，室溫時(shí)侶基復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)285W/(mw°C);
[0034] 2.本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料的制備方法通過分散-混合干燥-壓鑄成型-燒結(jié)- 鑄造的工藝流程，將碳材料與侶基材料進(jìn)行復(fù)合，得到導(dǎo)熱性能優(yōu)于侶，價(jià)格同侶相近的新 型高導(dǎo)熱系數(shù)復(fù)合材料。
[0035] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明所述的一種侶基復(fù)合材料，其是W重量比計(jì)的W下原料制備而成：
[003引侶 85 %-99 %，
[0039] 鐵 0.1 %-1 %，
[0040] 鋒 0.2 %-1 %，
[0041 ]銅 0.5%-4%，
[0042] 碳材料 0.2 %-9 %。
[0043] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料是W重量比計(jì)的W下原料制備而 成：
[0044] 侶 88 %-95 %，
[0045] 鐵 0.5 %-1 %，
[0046] 鋒 0.5 %-1 %，
[0047] 銅 2%-4%，
[004引碳材料2 %-6 %。
[0049] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明具體采用的碳材料為碳納米管、石墨締或石墨粉中的一 種或兩種W上混合。在碳納米管、石墨締或石墨粉運(yùn)幾種碳的同素異形體中，碳納米管的導(dǎo) 熱系數(shù)高達(dá)1800-5000W/(m"K)，石墨締平面方向?qū)嵯禂?shù)高達(dá)5300W/(m"K)，導(dǎo)熱石墨片水 平方向的導(dǎo)熱系數(shù)為1500W/(mwK)。因此在本發(fā)明中通過在侶基材料中滲入碳材料可W明 顯提高侶基復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)提高其導(dǎo)熱性能的目的。
[0050] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種侶基復(fù)合材料的制備方法，通過控分散-混合干 燥-壓鑄成型-燒結(jié)-鑄造的工藝流程將侶基材料與碳材料復(fù)合，得到導(dǎo)熱性能優(yōu)于侶，成本 與侶相近的新型高導(dǎo)熱侶基復(fù)合材料。具體可W通過兩種方法實(shí)現(xiàn)。
[0051] 其中本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料的第一種制備方法包括W下步驟：
[0052] 1)碳材料的分散:將碳材料加入到乙醇中，然后添加分散劑，采用超聲機(jī)超聲處理 0.5-5h，得到均勻的碳材料分散液；
[0053] 2)侶基混合:按比例在上述碳材料分散液中加入侶粉、鋒粉、鐵粉、銅粉，攬拌均勻 后過濾，得到的濾餅轉(zhuǎn)入真空干燥箱中進(jìn)行干燥，得到混合粉體；
[0054] 3)退火處理:將上述混合粉體鑄成塊體，隨后轉(zhuǎn)入真空退火爐，在450-700°C條件 下，退火2-lOh。
[0055] 進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明第一種制備方法所述的步驟1)乙醇中碳材料的占乙醇重 量的0.2%-20%，分散劑占乙醇重量的0.01 %-0.8%。
[0056] 其中，本發(fā)明所述的侶基復(fù)合材料的第二種制備方法包括W下步驟：
[0057] 1)碳材料的分散:將碳材料加入到乙醇中，然后添加分散劑，采用球磨罐球磨分散 0.5-5h，得到均勻的碳材料分散液；
[0058] 2)侶基混合:按比例在上述碳材料分散液中加入侶粉、鋒粉、鐵粉、銅粉，攬拌均勻 后過濾，得到的濾餅轉(zhuǎn)入真空干燥箱中進(jìn)行干燥，得到混合粉體；
[0059] 3)退火處理:將上述混合粉體鑄成塊體，隨后轉(zhuǎn)入真空退火爐，在450-700°C條件 下，退火2-lOh。
[0060] 在上述方法中，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，退火的溫度及退火時(shí)間對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能 影響較大，由于銅與其他幾種金屬之間的熱膨脹系數(shù)相差較大而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)內(nèi)導(dǎo)致晶格發(fā)生 崎變，會(huì)消弱晶格振動(dòng)而產(chǎn)生的聲子導(dǎo)熱機(jī)制。在本發(fā)明中，通過退火處理，并控制退火的 溫度及時(shí)間，使材料的內(nèi)應(yīng)力大部分被消除，從而達(dá)到提高導(dǎo)熱系數(shù)的目的。而當(dāng)退火溫度 在450-70(TC條件下，經(jīng)檢測(cè)得到的復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)處于較佳的范圍