定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法
专利汇可以提供定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种定向多孔SiC与金刚石增强的Al基 复合材料 及制备方法，该复合材料由SiC陶瓷相、金刚石颗粒相和Al金属相组成；其制备方法由①定向多孔SiC陶瓷的制备、②在金刚石颗粒表面涂覆WC涂层、③金刚石颗粒在多孔SiC陶瓷定向孔隙中的填充及④Al自发熔渗入填充有金刚石颗粒的定向孔中四个步骤完成。采用本发明方法制备的定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料，其在平行于定向孔方向具有很高的热导率，能将 半导体 产生的热量及时传递给热沉而散除；其在垂直于定向孔方向(半导体器件所在的平面)能获得与封装 基板 相匹配的 热膨胀 系数，从而减小封装材料与半导体器件之间的热应 力 ，提高半导体工作效率和使用寿命。，下面是定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
第一步，制备定向多孔SiC陶瓷：
(1)按质量百分比，称取40-70％的SiC微粉，30-60％的萘粉混合均匀，然后加入质量浓度为5％聚乙烯醇溶液作为粘结剂进行造粒，将造粒料模压成圆盘坯体，将圆盘坯体干燥至萘完全挥发，得到SiC生坯；
(2)将SiC生坯置于烧结炉中，在真空条件下于2100-2400℃、至少保温2小时烧结，随炉冷却后得到具有定向排列孔的多孔SiC陶瓷；
第二步，通过熔盐法在金刚石颗粒表面涂覆WC涂层，得覆膜金刚石颗粒；
第三步，按体积百分比，多孔SiC陶瓷30-55％、覆膜金刚石颗粒10-40％，利用震动的方法将覆膜金刚石颗粒填充到多孔SiC陶瓷定向排列孔中；
第四步，按体积百分比，多孔SiC陶瓷30-55％、Al30-50％，用自发熔渗工艺使熔融的Al渗入填充有覆膜金刚石颗粒的定向多孔中，使覆膜金刚石颗粒间、覆膜金刚石颗粒与孔壁间的缝隙完全填满，得到定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料；
第二步所述的熔盐法涂覆WC涂层工艺，包括以下步骤：
(1)首先按摩尔比为1:1称取NaCl及KCl，然后加入质量分数为10％的钨酸铵，倒入研钵中混合均匀，得涂层粉；
(2)按质量比为1:8，将粒径为30～100微米的金刚石颗粒埋入涂层粉中，置于真空气氛熔渗炉中；
(3)先抽真空，后通入高纯氩气，在流动氩气保护的条件下，升温到1100℃，保温2小时，随炉冷却至室温，用蒸馏水煮掉盐，烘干后得到覆膜金刚石颗粒。
2.如权利要求1所述的定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法，其特征在于，第四步所述的自发熔渗工艺，包括以下步骤：
(1)将填充有覆膜金刚石颗粒的多孔SiC陶瓷与Al置于坩埚内，然后一起放入真空炉中；
(2)先将真空炉抽真空，然后充高纯氮气至常压，在流动氮气气氛保护下，于1000～
1200℃，保温至少1h进行熔渗，随炉冷却后得到定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料。
3.如权利要求1所述的定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法，其特征在于，所述覆膜金刚石颗粒的粒径为30-100微米。
4.如权利要求1所述的定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法，其特征在于，第一步(1)中，所述SiC微粉的粒径为100-600微米；萘粉粒径为20微米。
5.如权利要求1所述的定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法，其特征在于，第一步(2)中，所述烧结的升温速率为50℃/min。
定向多孔SiC与金刚石增强的Al基复合材料的制备方法
技术领域
背景技术
(4)3维的网状增强，如申请号为201110201022.0的专利“一种氮化硅和铝双连续相复合材料及其制备方法”)，文献“Thermophysical properties of SiC/Al composites with three dimensional interpenetrating network structure”(Ceramics International
40(2014)7539–7544)等。然而，单相复合构型的金属基复合材料中增强体含量一般不超过
63％，因此这些复合材料的热膨胀系数仍较高，且可调控范围小，严重制约了其在电子封装领域的应用。而混杂增强能通过不同的复合构型设计构建出合理高效的复合结构，使不同种类或尺寸大小的增强体在基体中发挥各自的性能优势，从而满足不同的热管理应用需求。目前混杂增强的形式主要有：不同类型的颗粒－颗粒混杂(0维+0维)，如文献“Thermal properties of金刚石/SiC/Al composites with high volume fractions”(Materials and Design.32(2011)4225-4229)。颗粒－纤维混杂(0维+1维)，如中国专利
201210109792.7“具有分级结构的高导热金属基复合材料及其制备方法”。颗粒－片体混杂(0维+2维)，如文献“Thermal conductivity of graphite flakes–SiC particles/metal composites”(Composites:Part A 42(2011)1970–1977)。颗粒－多孔陶瓷混杂(0维+3维)，如文献“SiC泡沫陶瓷/SiC/Al混杂复合材料的导热性能”(材料工程.1(2008)6-10)等。然而对于金刚石颗粒与SiC颗粒混杂增强的Al基复合 材料，尽管其热膨胀系数能与基板相匹配，但同时会引起热导率也降低，热性能优势没有得到充分发挥，因此难以满足未来高导热封装材料的应用需求。当用金刚石颗粒与定向多孔SiC陶瓷混杂增强(0维+3维)时，一方面，定向多孔SiC陶瓷容易实现金刚石颗粒的定向填充，当金刚石颗粒填充到多孔SiC陶瓷的定向孔隙时，经复合后，能使金刚石颗粒在复合材料中形成局部的定向排列，这种局部定向排列能使复合材料沿着平行于定向孔的方向获得更高的热导率；另一方面，当把金刚石颗粒与Al基质看成“一相”时，即为定向多孔SiC陶瓷/(金刚石/Al)复合材料,根据复合材料理论，复合后的定向多孔SiC陶瓷/(金刚石/Al)的热膨胀系数通常介于SiC相与(金刚石/Al)相之间，由于金刚石/Al本身即是一种电子封装材料，具有较低的热膨胀系数，因此当其与定向多孔SiC陶瓷复合后，能够在垂直于定向孔的方向获得较低的热膨胀系数。当这种复合材料用做封装基板时，能实现半导体所在平面方向(垂直平)的低膨胀和垂直平面(沿着定向孔方向)的高热导的有机统一，非常符合封装基板的应用特点，且这种复合材料具有低密度和高的可靠性等特点，是一种非常有商业前景的电子封装材料。然而截至目前，国内外尚未有关于定向多孔SiC陶瓷与金刚石颗粒混杂增强Al基复合材料的公开文献报道。
发明内容
具体实施方式
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