CN101716840B - 一种金银合金/铜基层状复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种金银合金/铜基层状复合材料及其制备方法，属于贵/廉金属层状复合材料领域。本发明采用金银合金为覆层材料，铜基金属为基体，借助金银合金中的银与铜基金属中的铜在一定温度下发生反应生成低熔点的银铜共晶合金，形成结合强度高的界面过渡层。本发明金银合金/铜基层状复合材料具有优良的导电导热性、耐蚀性、抗氧化性、化学稳定性和综合力学性能，材料界面状态的一致性和均匀性好、结合强度高，材料成本较低。本发明生产流程和周期短；有利于拓宽金银合金在高端微型精密仪器、微型电控仪表、无线电元件以及半导体器件等方面的应用。

Description

一种金银合金/铜基层状复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及贵/廉金属层状复合材料领域，特别是提供了一种金银合金/铜基层状复合材料及其制备方法。
背景技术
金银合金是由金与银组成的二元合金，具有优良的导热导电性、耐蚀性、抗氧化性，化学性能稳定，伸长率高，加工性能优良，能进行各种热加工和冷加工，在微电子技术等领域中有着重要的用途。但由于金银合金的组分金和银资源缺乏，价格昂贵，且合金强度仍相对较低，因此在这些领域的应用受到了限制。相对而言，铜资源丰富、价格便宜、强度较高，是目前应用最广的导电材料之一。但铜的化学稳定性、耐蚀性和抗氧化性等都比金银合金的差。
因此，若将金银合金和铜基金属结合，制备出金银合金/铜基层状复合材料，可充分发挥金银合金优良的导电导热性、耐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等优点以及铜基金属力学性能好、资源丰富、材料成本低等特性，显著减少金银合金贵金属用量，大幅度降低材料生产成本，拓宽此类贵/廉金属层状复合材料在高端微型精密仪器、微型电控仪表、无线电元件以及半导体器件等方面的应用。
目前已经公开报道的贵/廉金属层状复合材料的传统制备方法有轧制+扩散退火、电镀+退火+轧制、爆炸复合+热处理+轧制、滚焊复合+轧制+退火等几种[陈燕俊.贵金属层叠复合材料的制备工艺与界面研究.浙江大学硕士学位论文，2001；余前春，等.微异型接点带制备方法的研究现状.贵金属，2005，26(2)：72-74]。但是，这些制备方法都明显地存在着一些不足：(1)工艺较为复杂，生产周期长，生产成本高；(2)复合材料界面状态的一致性和均匀性差，结合强度低。
瞬时液相扩散焊也称接触反应钎焊或者扩散钎焊，如果生成低熔点的共晶体，也称为共晶反应钎焊，是一种新型的焊接技术。瞬时液相扩散焊的重要特征是利用在某一温度下待焊异种金属之间发生共晶反应，形成一层极薄的液相薄膜，此薄膜润湿并填充整个界面间隙，随后在保温过程中通过液相和固相之间的扩散而逐渐凝固形成界面结合层。瞬时液相扩散焊特别适用于异种金属材料、耐热合金和新材料(如陶瓷、复合材料、金属间化合物等材料)的焊接，具有对待焊表面质量要求不高、焊接温度低、时间短、精度高、残余应力小、界面结合强度高、没有明显的界面和焊接残留物等优点。
因此，充分利用瞬时液相扩散焊技术的优点，在此基础上发展一种贵/廉金属层状复合材料短流程高效制备新技术，用于开发一种高性能金银合金/铜基层状复合材料，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金银合金/铜基层状复合材料及其制备方法，解决目前贵/廉金属层状复合材料制备中工艺复杂、周期长、产品的界面状态一致性和均匀性较差、界面结合强度低、生产成本高等问题。
一种金银合金/铜基层状复合材料及其制备方法，其特征是以金银合金为覆层，铜基金属为基体，覆层与基体的层厚比范围为1∶1～1∶100，金银合金中银的质量百分含量为4～41.7％，铜基金属可以是纯铜或铜合金。
本发明所述金银合金/铜基层状复合材料的具体制备工艺如下：
(1)根据层厚比要求，准备好所需形状尺寸的金银合金坯料和铜基金属坯料；
(2)采用机械或化学方法对上述坯料待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将金银合金坯料和铜基金属坯料叠在一起，用夹具压紧金银合金/铜基金属叠合坯料，放入真空炉中，抽真空后，充入还原性气体或惰性气体保护，其中真空度0.1～100Pa；
(4)对金银合金/铜基金属叠合坯料进行瞬时液相扩散焊，加热温度为750～900℃，保温时间为5～15min；
(5)随炉降温至450～700℃后，取出水淬，即可得到高质量、高性能的金银合金/铜基层状复合材料。
本发明采用金银合金为覆层材料，铜基金属为基体，开发高强度、低成本、高性能的金银合金/铜基层状复合材料；借助金银合金中的银与铜基金属中的铜在一定温度下发生反应生成低熔点的银铜共晶合金，形成结合强度高的界面过渡层。
本发明的优点在于：
(1)金银合金/铜基层状复合材料具有优良的导电导热性、耐蚀性、抗氧化性、化学稳定性和综合力学性能，材料成本较低；
(2)金银合金/铜基层状复合材料界面状态的一致性和均匀性好，结合强度高；
(3)通过改变金银合金覆层与铜基金属基体的层厚比、金银合金中银的质量百分含量以及选用不同的铜基金属，可以制备多种金银合金/铜基层状复合材料，方便、灵活，适用范围广；
(4)可以高效制备金银合金/铜基层状复合材料，流程和周期短；
(5)有利于拓宽金银合金在高端微型精密仪器、微型电控仪表、无线电元件以及半导体器件等方面的应用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
采用20×5×0.5mm的AuAg10合金板材和20×5×2.5mm的纯铜板材为原料。用酒精对AuAg10合金板材待焊表面进行处理，用砂纸对纯铜板材待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质。将AuAg10合金板材和纯铜板材叠合，用夹具压紧叠合板，放入真空炉中，抽真空后，充氩气保护，其中真空度100Pa。对AuAg10合金/纯铜叠合板材进行瞬时液相扩散焊，加热温度为780℃，保温时间为15min；降温至450℃后取出水淬，得到AuAg10合金/铜基层状复合材料。
对经以上工艺制备的金银合金/铜基层状复合材料进行力学性能测试发现，复合材料界面结合强度高，整体力学性能好；在显微镜下观察并结合万能工具显微镜检测发现，复合材料界面平直，金银合金覆层厚度分布均匀。
实施例2：
采用15×1.2×0.5mm的AuAg10合金板材和15×1.2×3mm的纯铜板材为原料。用丙酮对AuAg10合金板材待焊表面进行处理，用砂纸对纯铜板材待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质。将AuAg10合金板材和纯铜板材叠合，用夹具压紧叠合板，放入真空炉中，抽真空后，充氩气保护，其中真空度10Pa。对AuAg10合金/纯铜叠合板材进行瞬时液相扩散焊，加热温度为830℃，保温时间为10min；降温至600℃后取出水淬，得到AuAg10合金/铜基层状复合材料。
对经以上工艺制备的金银合金/铜基层状复合材料进行力学性能测试发现，复合材料界面结合强度高，整体力学性能好；在显微镜下观察并结合万能工具显微镜检测发现，复合材料界面平直，金银合金覆层厚度分布均匀。
实施例3：
采用25×3×0.5mm的AuAg10合金板材和25×3×2mm的纯铜板材为原料。用丙酮对AuAg10合金板材待焊表面进行处理，用砂纸对纯铜板材待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质。将AuAg10合金板材和纯铜板材叠合，用夹具压紧叠合板，放入真空炉中，抽真空后，充氩气保护，其中真空度0.1Pa。对AuAg10合金/纯铜叠合板材进行瞬时液相扩散焊，加热温度为900℃，保温时间为5min；降温至700℃后取出水淬，得到AuAg10合金/铜基层状复合材料。
对经以上工艺制备的金银合金/铜基层状复合材料进行力学性能测试发现，复合材料界面结合强度高，整体力学性能好；在显微镜下观察并结合万能工具显微镜检测发现，复合材料界面平直，金银合金覆层厚度分布均匀。

Claims (1)

1.一种金银合金/铜基层状复合材料的制备方法，其特征是以金银合金为覆层，铜基金属为基体，覆层与基体的层厚比范围为1∶1～1∶100，金银合金中银的质量百分含量为4～41.7％，铜基金属是纯铜或铜合金；
具体制备工艺如下：
(1)根据层厚比要求，准备好所需形状尺寸的金银合金坯料和铜基金属坯料；
(2)采用机械或化学方法对上述坯料待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将金银合金坯料和铜基金属坯料叠在一起，用夹具压紧金银合金/铜基金属叠合坯料，放入真空炉中，抽真空后，充入还原性气体或惰性气体保护，其中真空度0.1～100Pa；
(4)对金银合金/铜基金属叠合坯料进行瞬时液相扩散焊，加热温度为750～900℃，保温时间为5～15min；
(5)随炉降温至450～700℃后，取出水淬，即可得到高质量、高性能的金银合金/铜基层状复合材料。
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