專利名稱：一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料 及其制備方法。
背景技術(shù)：
電腦CPU、VGA、通信交換機(jī)、LED等散熱器以及電子封裝多采用鋁合金材料，其導(dǎo) 熱系數(shù)在120W/m K 237W/m K之間。隨著電子元器件集成化程度越來(lái)越高，散熱問題 已成為電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要技術(shù)瓶頸之一，迫切需要更高導(dǎo)熱系數(shù)材料來(lái)代替?zhèn)?統(tǒng)鋁合金。2009年4月1日公告的發(fā)明專利CN100473735C中公開了一種高導(dǎo)電導(dǎo)熱、高強(qiáng)度 鋁合金材料、其制備方法及其應(yīng)用，通過(guò)改進(jìn)了 6063鋁合金使其熱導(dǎo)率達(dá)到220W/m K，但 還是低于純鋁的導(dǎo)熱系數(shù)。George 等人(R. George，K. T. Kashyap，R. Rahul，S. Yamdagni，Strengthening in carbon nanotube/aluminium(CNT/A1)composites, ScriptaMaterialia，2005，53 (10) 1159-1163)、趙素等人(趙素，劉政，張新兵，納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工藝及性能研 究，鑄造技術(shù)，2006，27 (2) 135-138)釆用碳納米管增強(qiáng)鋁，鐘濤生等人(鐘濤生，鄒偉， 付求涯，用粉末冶金法制備Cf-Al復(fù)合材料研究，熱處理，2009，24(6) :53_55)、Haj jari 等人(E. Hajjari, M. Divandari, A. R. Mirhabibi, The effect of appliedpressure on fracture surface and tensile properties of nickel coated continuouscarbon fiber reinforced aluminium composites fabricated by squeeze casting， Materials & Design, 2010, 31 (5) =2381-2386)采用碳纖維增強(qiáng)鋁。碳納米管和碳纖維軸向?qū)嵯禂?shù)最 高可分別達(dá)2000W/m K和640W/m K，然而，這二者都是各向異性材料，碳納米管是空心結(jié) 構(gòu)，其徑向?qū)嵯禂?shù)比軸向?qū)嵯禂?shù)低2 3個(gè)數(shù)量級(jí)，碳纖維徑向?qū)嵯禂?shù)比軸向?qū)嵯?數(shù)低1 2個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，碳納米管或碳纖維的價(jià)格高達(dá)6000元/千克以上。因此，鋁 中加入碳納米管或碳纖維不但不會(huì)提高其導(dǎo)熱系數(shù)還增加了成本。2009年9月23日公開的發(fā)明專利CN101538661A中公開了一種制備高導(dǎo)熱 金剛石 /A1 復(fù)合材料方法。Ruch 等人(P. ff. Ruch, 0. Beffort, S. Kleiner, L. Weber, P.J. Uggowitzer, Selective interfacial bonding inAl (Si)-diamond composites and its effect on thermal conductivity, CompositesScience and Technology, 2006, 66(15) :2677-2685)采用金剛石增強(qiáng)鋁來(lái)提高鋁的導(dǎo)熱系數(shù)。由于金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)高 達(dá)2000W/m K，能夠獲得導(dǎo)熱系數(shù)為670W/m K的鋁-金剛石復(fù)合材料。但只有當(dāng)金剛石 體積分?jǐn)?shù)大于50 %且金剛石顆粒粒徑至少大于60 y m時(shí)，才能獲得高于純鋁導(dǎo)熱系數(shù)的 鋁_金剛石復(fù)合材料，由于金剛石粉的價(jià)格高達(dá)2000元/千克以上，這就顯著增加了材料 成本；鋁_金剛石復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與金剛石晶面方向、添加元素特別是制備工藝有顯 著關(guān)系，如果工藝控制不當(dāng)，鋁-金剛石復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)僅為130W/m K ；鋁與金剛石 的熱膨脹系數(shù)相差非常大，鋁-金剛石復(fù)合材料在由制備態(tài)700°C冷卻至室溫時(shí)，其理論界面熱應(yīng)力高達(dá)1400MPa，應(yīng)用過(guò)程中多次熱疲勞將導(dǎo)致界面脫粘，致使金剛石失效，從而導(dǎo) 致鋁_金剛石復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)低于純鋁的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有高 熱導(dǎo)率、低成本、界面熱應(yīng)力低的銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材 料，其特征在于，該復(fù)合材料包含鋁基體和分布在鋁基體中的導(dǎo)熱增強(qiáng)體銅；所述高熱導(dǎo)率 銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為35% 90%，鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% 65% ；所 述導(dǎo)熱增強(qiáng)體銅為銅顆粒、銅晶須或銅纖維；所述高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為 252ff/m K 355ff/m K。所述銅纖維在鋁基體中的分布為1維、2維或3維。本發(fā)明還提供一種工藝簡(jiǎn)單可行的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于，該方法包括以下步驟(1)銅顆?；蜚~晶須的還原處理將粒徑為20 i! m 3000 u m的銅顆粒或長(zhǎng)徑比 為1 500的銅晶須置于真空爐中，在溫度為650°C 750°C的條件下用氫氣還原2h 4h ；(2)混料將步驟(1)中經(jīng)還原后的銅顆粒或銅晶須與粒徑為5 ym 350 ym的 鋁粉裝入球磨罐中，在球磨機(jī)上混合5h 24h，得到混合料；(3)壓制成型將步驟(2)中所述混合料裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上 在震動(dòng)頻率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為 lOOMPa 300MPa的條件下壓制成坯體；(4)熱壓燒結(jié)將步驟(3)中所述坯體裝入涂有氮化硼的石墨模具中，再一同放 入真空熱壓燒結(jié)爐中，在溫度為650°C 700°C，壓力為30MPa 40MPa的條件下熱壓燒結(jié) 5min 15min，隨爐冷卻得到高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。所述球磨罐為聚氨酯球磨罐。一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的另一制備方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟(1)銅顆?；蜚~晶須的還原處理將粒徑為20 ii m 3000 u m的銅顆粒或長(zhǎng)徑比 為1 500的銅晶須置于真空爐中，在溫度為650°C 750°C的條件下用氫氣還原2h 4h ；(2)壓制成型將步驟(1)中經(jīng)還原后的銅顆?；蜚~晶須裝入橡膠模具中，然后置 于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中 在壓力為lOOMPa 300MPa的條件下壓制成坯體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與步驟(2)中所述坯體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中， 然后放入熔滲爐中熔滲，隨爐冷卻得到高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。所述熔滲的制度為以25°C /min 35°C /min的升溫速率升溫至710°C 750°C， 然后施加2. 5MPa 5MPa壓力，保溫保壓5min lOmin。一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的另一制備方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟(1)銅纖維還原處理將直徑為50 ii m 5000 u m的單絲銅纖維置于真空爐中，在溫度為650°C 750°C的條件下用氫氣還原2h 4h ；(2)銅纖維預(yù)制體的成型將步驟(1)中經(jīng)還原后的單絲銅纖維單向堆積排列形 成銅纖維呈1維分布的預(yù)制體；或?qū)⒉襟E(1)中經(jīng)還原處理后的單絲銅纖維編織成銅纖維 布，然后將銅纖維布逐層堆積形成銅纖維呈2維分布的預(yù)制體；或?qū)⒉襟E(1)中經(jīng)還原后的 單絲銅纖維單向堆積排列成一層，然后在該層上將單絲銅纖維與該層單絲銅纖維成1° 90°再堆積排列成一層，以此類推，反復(fù)堆積形成2維預(yù)制體；將步驟(1)中經(jīng)還原后的單 絲銅纖維編織成銅纖維呈3維分布的預(yù)制體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與步驟(2)中所述預(yù)制體一同置于涂有氮化硼的石墨模具 中，然后放入熔滲爐中熔滲，隨爐冷卻得到高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。所述熔滲的制度為以25°C /min 35°C /min的升溫速率升溫至710°C 750°C， 然后施加2. 5MPa 5MPa壓力，保溫保壓5min lOmin。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為252W/m-K 355W/m-K,與金 剛石-鋁復(fù)合材料的熱導(dǎo)率相當(dāng)，但成本僅相當(dāng)于金剛石-鋁復(fù)合材料的1/25 1/100。2、本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單可靠，采用本發(fā)明制備的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的界 面結(jié)合強(qiáng)度高，界面熱應(yīng)力低，應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)發(fā)生界面脫粘現(xiàn)象，熱疲勞性能好。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)銅顆粒的還原處理將粒徑為20 ym的銅顆粒置于真空爐中，在溫度為650°C 的條件下用氫氣還原3h ；(2)混料將還原后的銅顆粒與粒徑為5i!m的鋁粉裝入聚氨酯球磨罐中，在球磨 機(jī)上混合5h，得到混合料；所述混合料中鋁粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，銅顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 90% ；(3)壓制成型將混合料裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻率不小于 2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為lOOMPa的條件下壓制 成坯體；(4)熱壓燒結(jié)將坯體裝入涂有氮化硼的石墨模具中，再一同放入真空熱壓燒結(jié) 爐中，在溫度為675°C，壓力為40MPa的條件下熱壓燒結(jié)lOmin，隨爐冷卻得到熱導(dǎo)率為 328ff/m K，致密度為99. 82 %的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料 中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90%。實(shí)施例2(1)銅顆粒的還原處理將粒徑為1500i!m的銅顆粒置于真空爐中，在溫度為 750°C的條件下用氫氣還原2h ；(2)混料將還原后的銅顆粒與粒徑為170 ym的鋁粉裝入聚氨酯球磨罐中，在球 磨機(jī)上混合15h，得到混合料；所述混合料中鋁粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為37%，銅顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 63% ；(3)壓制成型將混合料裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為300MPa的條件下壓制 成坯體；(4)熱壓燒結(jié)將坯體裝入涂有氮化硼的石墨模具中，再一同放入真空熱壓燒結(jié) 爐中，在溫度為650°C，壓力為30MPa的條件下熱壓燒結(jié)5min，隨爐冷卻得到熱導(dǎo)率為252W/ m K，致密度為99. 80%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為37%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為63%。實(shí)施例3(1)銅顆粒的還原處理將粒徑為3000i!m的銅顆粒置于真空爐中，在溫度為 700°C的條件下用氫氣還原4h ；(2)混料將還原后的銅顆粒與粒徑為350 ym的鋁粉裝入聚氨酯球磨罐中，在球 磨機(jī)上混合24h，得到混合料；所述混合料中鋁粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65%，銅顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 35% ；(3)壓制成型將混合料裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻率不小于 2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為200MPa的條件下壓制 成坯體；(4)熱壓燒結(jié)將坯體裝入涂有氮化硼的石墨模具中，再一同放入真空熱壓燒結(jié) 爐中，在溫度為700°C，壓力為35MPa的條件下熱壓燒結(jié)15min，隨爐冷卻得到熱導(dǎo)率為 300ff/m K，致密度為99. 84%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料 中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為35%。實(shí)施例4(1)銅晶須的還原處理將長(zhǎng)徑比為1的銅晶須置于真空爐中，在溫度為700°C的 條件下用氫氣還原4h ；(2)混料將還原后的銅晶須與粒徑為350i!m的鋁粉裝入聚氨酯球磨罐中，在球 磨機(jī)上混合24h，得到混合料；所述混合料中鋁粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65%，銅晶須的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 35% ；(3)壓制成型將混合料裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻率不小于 2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為200MPa的條件下壓制 成坯體；(4)熱壓燒結(jié)將坯體裝入涂有氮化硼的石墨模具中，再一同放入真空熱壓燒結(jié) 爐中，在溫度為700°C，壓力為35MPa的條件下熱壓燒結(jié)lOmin，隨爐冷卻得到熱導(dǎo)率為 261ff/m K，致密度為99. 85 %的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料 中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為35%。實(shí)施例5(1)銅晶須的還原處理將長(zhǎng)徑比為500的銅晶須置于真空爐中，在溫度為750°C 的條件下用氫氣還原2h ；(2)混料將還原后的銅晶須與粒徑為5i!m的鋁粉裝入聚氨酯球磨罐中，在球磨 機(jī)上混合5h，得到混合料；所述混合料中鋁粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，銅晶須的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 90% ；(3)壓制成型將混合料裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為300MPa的條件下壓制 成坯體；(4)熱壓燒結(jié)將坯體裝入涂有氮化硼的石墨模具中，再一同放入真空熱壓燒結(jié) 爐中，在溫度為650°C，壓力為30MPa的條件下熱壓燒結(jié)15min，隨爐冷卻得到熱導(dǎo)率為 355ff/m K，致密度為99. 91 %的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料 中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90%。實(shí)施例6(1)銅晶須的還原處理將長(zhǎng)徑比為250的銅晶須置于真空爐中，在溫度為650°C 的條件下用氫氣還原3h ；(2)混料將還原后的銅晶須與粒徑為170i!m的鋁粉裝入聚氨酯球磨罐中，在球 磨機(jī)上混合15h，得到混合料；所述混合料中鋁粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為38%，銅晶須的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 62% ；(3)壓制成型將混合料裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻率不小于 2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為lOOMPa的條件下壓制 成坯體；(4)熱壓燒結(jié)將坯體裝入涂有氮化硼的石墨模具中，再一同放入真空熱壓燒結(jié) 爐中，在溫度為675°C，壓力為40MPa的條件下熱壓燒結(jié)5min，隨爐冷卻得到熱導(dǎo)率為289W/ m K，致密度為99. 81%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為38%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為62%。實(shí)施例7(1)銅顆粒的還原處理將粒徑為1500i!m的銅顆粒置于真空爐中，在溫度為 700°C的條件下用氫氣還原3h ；(2)壓制成型將還原后的銅顆粒裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻 率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為lOOMPa的條 件下壓制成坯體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與坯體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔滲 爐中，以25°C /min的升溫速率升溫至730°C，然后施加4MPa壓力，保溫保壓8min，隨爐冷卻 得到熱導(dǎo)率為343W/m K，致密度為99. 94%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增 強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90%。實(shí)施例8(1)銅顆粒的還原處理將粒徑為3000i!m的銅顆粒置于真空爐中，在溫度為 650°C的條件下用氫氣還原4h ；(2)壓制成型將還原后的銅顆粒裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻 率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為300MPa的條 件下壓制成坯體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與坯體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔滲 爐中，以35°C /min的升溫速率升溫至750°C，然后施加2. 5MPa壓力，保溫保壓lOmin，隨爐 冷卻得到熱導(dǎo)率為304W/m K，致密度為99. 85%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率 銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為35%。
實(shí)施例9(1)銅顆粒的還原處理將粒徑為20 ym的銅顆粒置于真空爐中，在溫度為750°C 的條件下用氫氣還原2h ；(2)壓制成型將還原后的銅顆粒裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻 率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為200MPa的條 件下壓制成坯體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與坯體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔滲 爐中，以30°C /min的升溫速率升溫至710°C，然后施加5MPa壓力，保溫保壓5min，隨爐冷卻 得到熱導(dǎo)率為332W/m K，致密度為99. 91 %的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增 強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為37%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為63%。實(shí)施例10(1)銅晶須的還原處理將長(zhǎng)徑比為500的銅晶須置于真空爐中，在溫度為700°C 的條件下用氫氣還原3h ；(2)壓制成型將還原后的銅顆粒裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻 率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為lOOMPa的條 件下壓制成坯體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與坯體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔滲 爐中，以35°C /min的升溫速率升溫至750°C，然后施加5MPa壓力，保溫保壓5min，隨爐冷卻 得到熱導(dǎo)率為338W/m K，致密度為99. 91 %的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增 強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為38%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為62%。實(shí)施例11(1)銅晶須的還原處理將長(zhǎng)徑比為250的銅晶須置于真空爐中，在溫度為750°C 的條件下用氫氣還原2h ；(2)壓制成型將還原后的銅顆粒裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻 率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為200MPa的條 件下壓制成坯體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與坯體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔滲 爐中，以30°C /min的升溫速率升溫至730°C，然后施加4MPa壓力，保溫保壓lOmin，隨爐冷 卻得到熱導(dǎo)率為322W/m K，致密度為99. 92%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅 增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為35%。實(shí)施例12(1)銅晶須的還原處理將長(zhǎng)徑比為1的銅晶須置于真空爐中，在溫度為650°C的 條件下用氫氣還原4h ；(2)壓制成型將還原后的銅顆粒裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻 率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為300MPa的條 件下壓制成坯體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與坯體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔滲 爐中，以25°C /min的升溫速率升溫至710°C，然后施加2. 5MPa壓力，保溫保壓7min，隨爐冷 卻得到熱導(dǎo)率為314W/m K，致密度為99. 83 %的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90%。實(shí)施例13(1)銅纖維的還原處理將直徑為50 ym的單絲銅纖維置于真空爐中，在溫度為 700°C的條件下用氫氣還原3h ；(2)銅纖維預(yù)制體的成型將還原后的單絲銅纖維單向堆積排列形成銅纖維呈1 維分布的預(yù)制體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與預(yù)制體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔 滲爐中，以30°C /min的升溫速率升溫至750°C，然后施加5MPa壓力，保溫保壓7min，隨爐冷 卻得到熱導(dǎo)率為335W/m K，致密度為99. 92%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅 增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90%。實(shí)施例14(1)銅纖維的還原處理將直徑為5000i!m的單絲銅纖維置于真空爐中，在溫度為 750°C的條件下用氫氣還原2h ；(2)銅纖維預(yù)制體的成型將還原處理后的單絲銅纖維編織成銅纖維布，然后將 銅纖維布逐層堆積形成銅纖維呈2維分布的預(yù)制體；或?qū)⑦€原后的單絲銅纖維單向堆積 排列成一層，然后在該層上將單絲銅纖維與該層單絲銅纖維成1° 90°再堆積排列成一 層，以此類推，反復(fù)堆積形成2維預(yù)制體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與預(yù)制體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔 滲爐中，以35°C /min的升溫速率升溫至730°C，然后施加4MPa壓力，保溫保壓5min，隨爐冷 卻得到熱導(dǎo)率為327W/m K，致密度為99. 90%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo)率銅 增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為37%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為63%。實(shí)施例15(1)銅纖維的還原處理將直徑為2500i!m的單絲銅纖維置于真空爐中，在溫度為 650°C的條件下用氫氣還原4h ；(2)銅纖維預(yù)制體的成型將還原后的單絲銅纖維編織成銅纖維呈3維分布的預(yù) 制體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與預(yù)制體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后放入熔 滲爐中，以25°C /min的升溫速率升溫至710°C，然后施加2. 5MPa壓力，保溫保壓lOmin，隨 爐冷卻得到熱導(dǎo)率為303W/m K，致密度為99. 93%的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，高熱導(dǎo) 率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65%，銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為35%。
權(quán)利要求
一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料包含鋁基體和分布在鋁基體中的導(dǎo)熱增強(qiáng)體銅；所述高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料中銅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為35％～90％，鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％～65％；所述導(dǎo)熱增強(qiáng)體銅為銅顆粒、銅晶須或銅纖維；所述高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為252W/m·K～355W/m·K。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，其特征在于，所述銅纖維 在鋁基體中的分布為1維、2維或3維。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的方法，其特征在于，該 方法包括以下步驟(1)銅顆?；蜚~晶須的還原處理將粒徑為20μ m 3000 μ m的銅顆?；蜷L(zhǎng)徑比為1 500的銅晶須置于真空爐中，在溫度為650°C 750°C的條件下用氫氣還原2h 4h ；(2)混料將步驟(1)中經(jīng)還原后的銅顆粒或銅晶須與粒徑為5μ m 350 μ m的鋁粉 裝入球磨罐中，在球磨機(jī)上混合5h 24h，得到混合料；(3)壓制成型將步驟(2)中所述混合料裝入橡膠模具中，然后置于震動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻 率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓力為IOOMPa 300MPa的條件下壓制成坯體；(4)熱壓燒結(jié)將步驟(3)中所述坯體裝入涂有氮化硼的石墨模具中，再一同放入真空 熱壓燒結(jié)爐中，在溫度為650°C 700°C，壓力為30MPa 40MPa的條件下熱壓燒結(jié)5min 15min，隨爐冷卻得到高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。
4.一種制備如權(quán)利要求1所述的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于，該方法包括以下步驟(1)銅顆粒或銅晶須的還原處理將粒徑為20μ m 3000 μ m的銅顆?；蜷L(zhǎng)徑比為1 500的銅晶須置于真空爐中，在溫度為650°C 750°C的條件下用氫氣還原2h 4h ；(2)壓制成型將步驟(1)中經(jīng)還原后的銅顆?；蜚~晶須裝入橡膠模具中，然后置于震 動(dòng)臺(tái)上在震動(dòng)頻率不小于2Hz的條件下震動(dòng)使混合料密實(shí)填充，再放入冷等靜壓機(jī)中在壓 力為IOOMPa 300MPa的條件下壓制成坯體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與步驟(2)中所述坯體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然后 放入熔滲爐中熔滲，隨爐冷卻得到高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。
5.一種制備如權(quán)利要求1所述的高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于，該方法包括以下步驟(1)銅纖維還原處理將直徑為50μ m 5000 μ m的單絲銅纖維置于真空爐中，在溫度 為650°C 750°C的條件下用氫氣還原2h 4h ；(2)銅纖維預(yù)制體的成型將步驟(1)中經(jīng)還原后的單絲銅纖維單向堆積排列形成銅 纖維呈1維分布的預(yù)制體；或?qū)⒉襟E(1)中經(jīng)還原處理后的單絲銅纖維編織成銅纖維布，然 后將銅纖維布逐層堆積形成銅纖維呈2維分布的預(yù)制體；或?qū)⒉襟E(1)中經(jīng)還原后的單絲 銅纖維單向堆積排列成一層，然后在該層上將單絲銅纖維與該層單絲銅纖維成1° 90° 再堆積排列成一層，以此類推，反復(fù)堆積形成2維預(yù)制體；將步驟(1)中經(jīng)還原后的單絲銅 纖維編織成銅纖維呈3維分布的預(yù)制體；(3)熔滲復(fù)合將鋁塊與步驟(2)中所述預(yù)制體一同置于涂有氮化硼的石墨模具中，然 后放入熔滲爐中熔滲，隨爐冷卻得到高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 步驟(2)中所述球磨罐為聚氨酯球磨罐。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于，所述熔滲的制度為以25°C /min 35°C /min的升溫速率升溫至710°C 750°C，然后 施加2. 5MPa 5MPa壓力，保溫保壓5min lOmin。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含鋁基體和分布在鋁基體中的導(dǎo)熱增強(qiáng)體銅，本發(fā)明還公開了該高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的制備方法，該方法以銅顆粒、銅晶須或銅纖維為原料，采用熱壓燒結(jié)或熔滲復(fù)合制備高熱導(dǎo)率銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單可靠，制備的銅增強(qiáng)鋁復(fù)合材料具有高熱導(dǎo)率、高界面結(jié)合強(qiáng)度、低成本和低界面熱應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C9/01GK101984112SQ20101057499
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者華云峰, 李爭(zhēng)顯, 李宏戰(zhàn), 杜明煥, 杜繼紅, 王彥峰 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院