鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及一種鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空、航天、半導(dǎo)體等科技領(lǐng)域的迅速發(fā)展，人們對電子封裝、熱沉材料和精密儀表零件材料等提出了越來越高的要求。如何設(shè)計(jì)出與芯片、陶瓷基板等熱膨脹系數(shù)相匹配的材料成為掣肘上述領(lǐng)域的關(guān)鍵問題?，F(xiàn)有的金屬材料、陶瓷材料都無法同時(shí)滿足高熱導(dǎo)、高電導(dǎo)及低熱膨脹系數(shù)的性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決金屬材料、陶瓷材料熱物理性能的矛盾點(diǎn)，即無法同時(shí)滿足高熱導(dǎo)、高電導(dǎo)、低熱膨脹系數(shù)和加工性能的問題，本發(fā)明提供了一種鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，以體積百分比計(jì)，由30~95%金屬基體和5~70%增強(qiáng)體制成，所述金屬基體為純銅粉、銅合金粉、鋁粉或鋁合金粉；增強(qiáng)體為8&1_!^1'!￡1103或包覆銅、銀或氧化鋯的Ba^SrxT13，其中O彡x彡I。
[0005]本發(fā)明中，所述銅粉的熱導(dǎo)率大于200W/m.K，鋁粉的熱導(dǎo)率大于150W/m.K。
[0006]本發(fā)明中，所述金屬基體的粒徑為1~300 μπι，增強(qiáng)體的粒徑為1~100 μπι。
[0007]本發(fā)明中，所述銅、銀或氧化鋯包覆層與BahSrxT13的重量比為0.1-5:1o
[0008]本發(fā)明中，所述復(fù)合材料的制備方法為熱壓燒結(jié)法、SPS燒結(jié)等。
[0009]本發(fā)明中，增強(qiáng)體選用鈦酸鍶鋇鐵電陶瓷，此類陶瓷在鐵電-順電相變時(shí)伴隨著負(fù)膨脹效應(yīng)，例如PbT13在室溫到居里溫度區(qū)間均表現(xiàn)出負(fù)膨脹特性。BaT1 3不僅在居里溫度附近具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)，而其相變溫度可以通過摻雜Sr元素進(jìn)行大幅度調(diào)節(jié)。
[0010]傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)低膨脹金屬基復(fù)合材料原理是利用其增強(qiáng)體本征的低熱膨脹系數(shù)來調(diào)節(jié)整體復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。BST增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，利用增強(qiáng)體在鐵電-順電相變時(shí)所產(chǎn)生的明顯的負(fù)膨脹效應(yīng)，來降低復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。鐵電順電相變?yōu)橐患壪嘧?，自由能函?shù)一階微商不連續(xù)，即體積變化不連續(xù)，從而在相變處發(fā)生較大的體積膨脹/收縮效應(yīng)。鈦酸鋇陶瓷在120°C發(fā)生鐵電-順電相變，體積發(fā)生明顯收縮，而在鈦酸鋇陶瓷中加入Sr元素替代鋇元素，可以調(diào)節(jié)鈦酸鋇的相變溫度，從而可以在使用溫度區(qū)間獲得低膨脹的材料。
[0011]本發(fā)明利用鈦酸鍶鋇在發(fā)生鐵電-順電相變時(shí)明顯的負(fù)膨脹效應(yīng)獲得具有低熱膨脹系數(shù)、高熱導(dǎo)、高電導(dǎo)并易于加工的銅基/鋁基復(fù)合材料，該復(fù)合材料除具有可鍍覆性、可焊性、耐蝕性、良好的電磁波干擾(EMI) /射頻干擾(RFI)屏蔽能力、高強(qiáng)度、高硬度，優(yōu)良的加工性、成型性和低廉的價(jià)格外，同時(shí)具備高熱導(dǎo)性、高電導(dǎo)性、低熱膨脹系數(shù)的性能，在-100~200°C熱膨脹系數(shù)為I X 10-6~9 X 1θΛ熱導(dǎo)率為70~380W/m.K。
【附圖說明】
[0012]圖1為【具體實(shí)施方式】二中復(fù)合材料的工程熱膨脹系數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了幫助理解本發(fā)明，以下用實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受這些實(shí)例的限定。
[0014]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式原料為平均粒徑為10 μ m的鈦酸鋇顆粒和平均粒徑為5 μπι純銅粉，鈦酸鋇顆粒的體積分?jǐn)?shù)為40%，銅粉的體積分?jǐn)?shù)為60%。將鈦酸鋇顆粒與銅粉在保護(hù)氣體環(huán)境中均勻混合，保護(hù)氣體是為了防止銅粉氧化；然后利用放電等離子燒結(jié)方法制備復(fù)合材料。在-100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為10X1(T6/°C，導(dǎo)熱率為 180W/ (m.K)。
[0015]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式原料為平均粒徑為1ym的Baa8Sra2T13和平均粒徑為5 μπι的銅粉，鈦酸鍶鋇顆粒的體積分?jǐn)?shù)為40%，銅粉的體積分?jǐn)?shù)為60%。將陶瓷顆粒與銅粉在保護(hù)氣體環(huán)境中均勻混合，然后利用放電等離子燒結(jié)方法制備復(fù)合材料。如圖1所示，在-100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為8.5X 10_6/°C，導(dǎo)熱率為190W/ Cm.K)。
[0016]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:鈦酸鋇顆粒的體積分?jǐn)?shù)為60%，銅粉的體積分?jǐn)?shù)為40%。利用放電等離子燒結(jié)方法制備復(fù)合材料。在-100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為8.5 X 10_6/°C，導(dǎo)熱率為140W/ Cm.K)。
[0017]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二不同的是，鈦酸鍶鋇Ba0 9Sr0.J13顆粒的體積分?jǐn)?shù)為60%，銅粉的體積分?jǐn)?shù)為40%。利用放電等離子燒結(jié)方法制備復(fù)合材料。在-100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為7.9X 10_6/°C，導(dǎo)熱率為 20Iff/ Cm.K)。
[0018]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二不同的是，原料為平均粒徑為10 μπι的Baa8Sra2T13和平均粒徑為5 μπι的銅粉，BaCl8Sra2T13的表面包覆有氧化錯(cuò)，氧化鋯包覆層與鈦酸鍶鋇顆粒的重量比為0.1:1。鈦酸鍶鋇顆粒的體積分?jǐn)?shù)為40%，銅粉的體積分?jǐn)?shù)為60%。在_100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為8.2 X 10-6/oC，導(dǎo)熱率為 175W/ Cm.K)。
[0019]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，原料為平均粒徑為10 μ m的鈦酸鋇顆粒和平均粒徑為5 μ m的鋁粉，鈦酸鋇顆粒的體積分?jǐn)?shù)為40%，鋁粉的體積分?jǐn)?shù)為60%。在-100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為16X10_6/°C，導(dǎo)熱率為 165W/ Cm.K)。
[0020]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六不同的是，原料為平均粒徑為10 μ??的Baa8Sra2T1J^1、平均粒徑為5 μπι的銅銷合金粉，Baa8Sra2T13顆粒的體積分?jǐn)?shù)為40%，銅鋁合金粉的體積分?jǐn)?shù)為60%。在-100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為 9X1(T6/°C，導(dǎo)熱率為 170W/ (ι?.Κ)。
[0021]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】七不同的是，原料為平均粒徑為10 μπι的Baa8Sra2T13顆粒和平均粒徑為5 μπι的鋁粉，鈦酸鍶鋇顆粒的體積分?jǐn)?shù)為40%，鋁粉的體積分?jǐn)?shù)為60%。在-100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為12.2X1(T6/°C，導(dǎo)熱率為 135W/ (m.K)。
[0022]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六不同的是，原料為平均粒徑為10 μπι的鈦酸鋇顆粒和平均粒徑為5 μπι的鋁粉，鈦酸鋇的表面包覆有氧化錯(cuò)，氧化錯(cuò)包覆層與鈦酸鋇顆粒的重量比為0.2:1。鈦酸鋇顆粒的體積分?jǐn)?shù)為40%，鋁粉的體積分?jǐn)?shù)為60%。在-100~200°C溫度區(qū)間，復(fù)合材料工程熱膨脹系數(shù)平均為13X10_6/°C，導(dǎo)熱率為128W/Cm.K)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料以體積百分比計(jì)，由30~95%金屬基體和5~70%增強(qiáng)體制成，所述金屬基體為銅粉、銅合金粉、鋁粉或鋁合金粉；增強(qiáng)體為8&1_!^1'!￡1103或包覆銅、銀或氧化鋯的Ba ^SrxT13，其中O彡x彡I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，其特征在于所述銅粉的熱導(dǎo)率大于200W/m.Ko
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，其特征在于所述鋁粉的熱導(dǎo)率大于150W/m.K。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，其特征在于所述金屬基體的粒徑為1~300 μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，其特征在于所述增強(qiáng)體的粒徑為1~100μπι。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，其特征在于所述銅、銀或氧化鋯包覆層與BahSrxT13的重量比為0.1-5:1o
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈦酸鍶鋇增強(qiáng)銅基/鋁基復(fù)合材料，所述復(fù)合材料以體積百分比計(jì)，由30~95%金屬基體和5~70%增強(qiáng)體制成，所述金屬基體為銅粉、銅合金粉、鋁粉或鋁合金粉；增強(qiáng)體為Ba1-xSrxTiO3或包覆銅、銀或氧化鋯的Ba1-xSrxTiO3，其中0≤x≤1。該復(fù)合材料除具有可鍍覆性、可焊性、耐蝕性、良好的電磁波干擾（EMI）/射頻干擾（RFI）屏蔽能力、高強(qiáng)度、高硬度，優(yōu)良的加工性、成型性和低廉的價(jià)格外，同時(shí)具備高熱導(dǎo)性、高電導(dǎo)性、低熱膨脹系數(shù)的性能，在-100~200℃熱膨脹系數(shù)為1×10-6~9×10-6，熱導(dǎo)率為70~380W/m·K。
【IPC分類】C22C32-00, C22C1-05, C22C9-00, C22C29-12, C22C21-00
【公開號】CN104726733
【申請?zhí)枴緾N201510128523
【發(fā)明人】費(fèi)維棟, 盛捷, 王黎東, 李 東
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月24日