一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料及其制備方法，復合材料由基材和增強材料組成，基材包括鋁粉末，增強材料包括碳納米管和SiC顆粒，按照質量百分比計，碳納米管為0.5％～2％，SiC顆粒為40％～60％，余量為鋁粉末。本發明專利技術提供的技術方案獲得的復合材料可使塑性提升5％～10％，導熱率提升5％左右；生產成本低，容易實現工業化制備，同時操作工藝簡便，原料的利用率高，制得材料滿足熱導率和熱膨脹系數的要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種封裝材料，具體涉及一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料及其制備方法。
技術介紹
電子封裝材料是指集成電路的密封體，它不僅對芯片具有機械支撐和環境保護作用，使其避免大氣中的水汽、雜質及各種化學氣氛的污染和侵蝕，從而使集成電路芯片能穩定地發揮正常電氣功能，封裝材料對電子器件和電路的熱性能乃至可靠性起著舉足輕重的作用?，F在，電了封裝材料行業已成為半導體行業中的一個重要分支，它已經廣泛涉及到化學、電學、熱力學、機械和工藝設備等多種學科。作為金屬基復合材料的增強物，SiC顆粒和碳納米管具有高模量、高硬度、低熱膨脹、高熱導率、來源廣泛和成本低廉等優點，其優異的力學性能和物理性能使得它具有極大的應用前景。目前，鋁碳化硅復合材料在飛機結構材料上得到極大運用，但是其具有的一個顯著缺點是鋁碳化硅復合材料極脆，其斷后伸長率僅達到2％，因此添加塑性納米增強相以提高該復合材料的塑性是其一個改善方法。同時，在電子封裝領域，鋁碳化硅復合材料具有較低的熱膨脹系數和適中的熱導率，使其具有較高的應用價值，而在加入碳納米管增強相后，其熱導率則會得到進一步提升，因為碳納米管本身的熱導率可達到1750～5800W/(m·K)。
技術實現思路
本專利技術提供一種導熱性能高，熱膨脹系數合適的碳納米管增強鋁碳化硅復合材料及其制備方法。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料，由基材和增強材料組成，基材包括鋁和鋁合金粉末，增強材料包括SiC顆粒和碳納米管，按照質量百分比計，SiC顆粒：40％～60％，碳納米管：0.5％～2％，余量為鋁粉末。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的第一優選方案，鋁粉末中鋁含量≥99.99wt％，其余為不可避免的雜質。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的第二優選方案，SiC顆粒的粒徑為5～25μm。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的第三優選方案，SiC顆粒按質量百分比計包括SiC99.21％，C0.11％，Fe2O30.13％，余量為不可避免的雜質。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的第四優選方案，碳納米管內徑為5～15nm，外徑為50～70nm，長度10～20μm，純度＞90wt％。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的制備方法如下：(1)制備混合粉末：將鋁粉末和碳化硅一次混合后平鋪厚度2mm，噴灑碳納米管酒精溶液，干燥保溫后進行二次混合；(2)制備包套，真空除氣；(3)熱等靜壓制備復合材料。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的制備方法的第一優選方案，400～600轉/分鐘轉速下一次混合20～60min；700～900轉/分鐘轉速下二次混合0.5～1.5h。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的制備方法的第二優選方案，按質量百分比計，步驟(2)的包套材料由下述組份制得：Cu：0.15～0.4％，Mn：0.15％，Mg：0.8～1.2％，Zn：0.25％，Cr：0.04～0.35％，Ti：0.15％，Si：0.4～0.8％，Fe：0.7％，余量為Al。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的制備方法的第三優選方案，步驟(2)中真空除氣步驟：室溫冷抽至1Pa后，放入除氣爐中，300℃下保溫2h，500℃和2×10-3Pa真空度下，保溫6h。一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的制備方法的第四優選方案，于440～630℃和80～160MPa壓力下熱等靜壓3～5h。與最接近的現有技術相比，本專利技術的優異效果如下：1、本專利技術提供的技術方案獲得的碳納米管增強鋁碳化硅復合材料可以使得復合材料的塑性提升5％～10％。通過對成分的控制，可使得復合材料的導熱率提升5％左右。2、生產成本低，容易實現工業化制備，同時操作工藝簡便，原料的利用率高，制得材料滿足熱導率和熱膨脹系數的要求。與現在常用的壓力滲透的方法相比，本專利技術的熱等靜壓溫度較低，減少了新相，即碳化鋁的形成，從而改善了復合材料的性能。具體實施方式下面將結合實施例，對本專利技術的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。按質量百分比計，SiC顆粒：40％～60％，碳納米管：0.5％～2％，余量為鋁粉末。制備步驟如下：將鋁粉末和碳化硅粉依次放入混料機中進行一次混粉；配制碳納米管酒精溶液，并用超聲進行分散1h；將鋁粉末和碳化硅的混合粉平鋪在一定面積的干凈不銹鋼面板上，粉末平鋪厚度在2mm。通過人工噴霧器將碳納米管酒精溶液均勻地噴灑在混合粉末表面。噴完一層碳納米管酒精溶液后，將底層混合粉翻到表面，進行再一次碳納米管酒精溶液的噴灑。整個過程要盡量保證碳納米管的酒精溶液噴灑均勻。之后，將含有碳納米管的混合粉進行低溫烘干。然后對烘干的混合粉進行二次混粉。收集最終的混合粉，裝入包套，對包套進行焊接和真空除氣。真空除氣的工藝參數為:室溫冷抽至1Pa后，放入除氣爐中升溫至300℃，保溫2h，繼續升溫至500℃，待真空度達到2×10-3Pa后，繼續保溫6h。最后對出除完氣的包套進行熱等靜壓，去皮，得到碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的坯錠。包套材料按質量百分比計由下述組份制得：Cu：0.15～0.4％，Mn：0.15％，Mg：0.8～1.2％，Zn：0.25％，Cr：0.04～0.35％，Ti：0.15％，Si：0.4～0.8％，Fe：0.7％，余量為Al。不同成分碳納米管增強鋁碳化硅復合材料主要性能見表1，表中的百分含量均為質量分數。表1不同成分電子封裝材料主要性能對比以SiC含量為50％，碳納米管含量為1％為例，不同工藝條件下制備復合材料，如表2所示：表2為不同工藝條件下制備的復合材料的主要性能對比表1和2的數據說明本專利技術方法制備的碳納米管增強鋁碳化硅復合材料可使復合材料塑性提升5％～10％，導熱率提升5％左右。以上實施例僅用以說明本專利技術的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員應當理解，參照上述實施例可以對本專利技術的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本專利技術精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請待批的權利要求保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料，由基材和增強材料組成，所述基材包括鋁和鋁合金粉末，其特征在于，所述增強材料包括SiC顆粒和碳納米管，按照質量百分比計，所述SiC顆粒：40％～60％，碳納米管：0.5％～2％，余量為鋁粉末。

【技術特征摘要】
1.一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料，由基材和增強材料組成，所述基材包括鋁和鋁合金粉末，其特征在于，所述增強材料包括SiC顆粒和碳納米管，按照質量百分比計，所述SiC顆粒：40％～60％，碳納米管：0.5％～2％，余量為鋁粉末。2.根據權利要求1所述的一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料，其特征在于，所述鋁粉末中鋁含量≥99.99wt％，其余為不可避免的雜質。3.根據權利要求2所述的一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料，其特征在于，所述SiC顆粒的粒徑為5～25μm。4.根據權利要求3所述的一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料，其特征在于，所述SiC顆粒按質量百分比計包括SiC99.21％，C0.11％，Fe2O30.13％，余量為不可避免的雜質。5.根據權利要求1所述的一種碳納米管增強鋁碳化硅復合材料，其特征在于，所述碳納米管內徑為5～15nm，外徑為50～70nm，長度10～20μm，純度＞90wt％。6.一種權利要求1～5任一所述的碳納米管增強鋁碳化硅復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法如下：(1)制備混合粉末：將鋁粉末和碳化硅一次混合后平鋪厚度2mm，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李振民，劉干，孟慶宇，
申請(專利權)人：北京寶航新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11