CN103264261A

CN103264261A - 一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法

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Publication number: CN103264261A
Application number: CN2013101926224A
Authority: CN
Inventors: 周旭红
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: CN103264261B

Abstract

一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法，属于复合材料的制备技术领域。本发明首先将多个钼、铜片材料交叉叠置，保持铜在最外层，得到钼、铜多叠层结构；然后，置于扩散焊接炉内进行扩散焊接后进行轧制，除获得所需厚度复合材料外，还可提高叠层间复合强度。本发明工艺短流程、叠层间结合强度高、更高热导率、更低热膨胀系数、叠层间平行度好；与现有技术相比，具有稳定性好、热导效果更佳、热膨胀系数更小等优点。适于作为大功率器件中应用的稳定性好、高热导、低热膨胀系数的复合材料。

Description

一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法

技术领域

本发明公开了一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法，属于复合材料的制备技术领域。

背景技术

多叠层钼-铜复合材料，由金属钼与纯铜板片交叉叠置复合。它既利用了钼的低膨胀性、高强度，还拥有了铜的高导热导电性能，可通过调节钼、铜的厚度比值来调节其复合片的热膨胀系数及热导率，又能与BeO、Al₂O₃陶瓷等匹配。相比较目前有常用的铜-钼-铜三叠层复合材料，它主要应用于一些特别重要的场合，尤其是航空航天领域，以及超大功率微波器件、激光器功率外壳、通讯等领域。用作热沉、引线框和多层印刷电路板(PCB)的底膨胀与导热通道。

由于钼、铜之间互不固溶，钼-铜叠层复合材料较难制备，目前主要为铜-钼-铜三叠层复合材料，对多叠层钼-铜叠层复合材料还未见有报道。如公开号为CN102126112A一种电真空器件内电磁屏蔽多层复合材料的制备方法的专利，报道了一种低热膨胀难熔金属与铜、铁材料的多层复合技术，但轧制在其中只应用于铜铁材料的复合，最终的多叠层复合通过扩散焊接实现，由此制备出的成品尺寸及其叠层间结合强度都受限于扩散焊接工艺，这使多叠层材料存在强度偏低、尺寸受限、效率低、成本高等缺点。而公开号为CN102941441A一种高结合强度高精度铜-钼-铜叠层复合材料制备方法的专利，采用先扩散焊接后轧制增强及减薄的工艺，但它仅制备铜-钼-铜三叠层材料，难以将钼-铜叠层材料的利用特性最大化。钼作为难熔金属中的一种塑形较差，通常我们获得的钼板表面相对粗糙、厚度偏差也较大，上述铜-钼-铜三叠层的技术方案未控制厚度偏差，则难实现多叠层钼-铜的均匀高结合强度复合。

对于铜-钼-铜三叠层复合材料的制备工艺还有液固结合轧制法，如公开号为CN1408485A的专利，首先将铜板和钼锭置于石墨模中，加热至铜板熔化——冷却——轧制的工艺制备成铜钼铜材料。但该方法生产工艺过程繁多，熔化冷却后铜板的表面质量和轧制后各层厚度不易控制，且采用的电解铜板在氢气氛中易发生氢脆，也难以满足电子工业高纯材料的要求。公开号CN1850436A的专利，采用表面处理、电镀或喷涂、退火、冷轧、后处理五个步骤来，得到具有特殊层厚比的铜钼铜材料，但采用电镀或喷涂方法使铜层变厚困难，电镀的层结合面还会出现离层、星尘、电镀泡等缺陷，而喷涂则使成本过高。以及公开号为CN1843691A的专利，采用表面处理、包覆、热轧、退火、冷轧、后续处理六个步骤来，得到铜钼铜电子封装复合材料，但其中的热轧过程还是易使铜表面产生氧化，且铜、钼的界面结合强度偏低。此相关专利在美国还有US4950554、US4988392和US4957823，但都是采用高温轧制工艺，其工艺较为复杂，对轧制设备的要求大大提高，叠层间结合强度也不高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种适用高端领域，具有工艺短流程、叠层间结合强度高、更高热导率、更低热膨胀系数、叠层间平行度好的多叠层钼-铜复合材料制备方法。

本发明一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法，包括下述步骤：

第一步，钼、铜片的前处理

选取长宽尺寸相同的多个钼片、铜片，将钼片、铜片上下两表面分别磨削加工至厚度偏差≤±0.05μm，然后，进行光亮化处理至钼片表面光亮度≤Ra0.1μm，铜片表面光亮度≤Ra0.05μm；

第二步，钼、铜片交叉叠置扩散焊接

将第一步处理后的钼片、铜片交叉叠置，保持铜在最外层，得到钼、铜多叠层结构；然后，置于扩散焊接炉内进行扩散焊接；

第三步，轧制

将第二步所得扩散焊接后的钼、铜多叠层结构进行多道次轧制，得多叠层钼-铜复合材料。

本发明一种多叠层钼-铜材料的复合制备方法，所述多叠层结构中钼片数量为2～5片，铜片数量为钼片数量加1。

本发明一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法，铜片与钼片的厚度比为0.25～1。

本发明一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法，所述铜片选自普通紫铜、无氧铜、脱氧铜、特种铜中的一种；钼片为纯钼片。

本发明一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法，所述轧制包括冷轧、热轧，轧制在普通两辊或四辊轧机上进行，冷轧道次压下率≤35%，冷轧轧制道次1～10次；热轧道次压下率≤50%，热轧温度为800～900℃，热轧轧制道次1～10次。

本发明一种多叠层钼-铜材料的复合制备方法，所述扩散焊接工艺参数为：扩散焊接压力8～20MPa，扩散焊接温度850～1000℃，保温时间10～30分钟，扩散焊接炉内气氛选择真空、氢气或者惰性气体中的一种。

本发明采用上述工艺方法，基于铜、钼两组元材料不易形成化合物也很难互溶，两者的层间复合主要依靠界面微啮合及其极窄范围内的互扩散实现。经分析传统的轧制复合工艺存在不宜进行多叠层复合，复合强度不高，叠层间平行度差及厚度偏差大等缺点；而单纯的扩散焊接复合叠层，又存在复合强度不高，受扩散焊接炉限制难制备大规格尺寸料等缺点。为此本发明首先对钼片、铜片上下两表面分别进行磨削加工前处理，以控制其厚度偏差，然后，进行光亮化处理，使扩散焊接的铜、钼两组元微观贴合面积比率增大，即可使两组元扩散焊合后拥有较高的结合强度。后对已扩散焊合的多叠层钼-铜复合块进行多道次冷轧，此作用好处有如下几点：①精确控制复合块所需最终厚度；②扩大了多层复合板的使用面积；③通过轧制压力及剪切拉伸作用，进一步增大钼、铜组元间的微贴合面积而增强层间结合强度；④加工硬化强化叠层内材料综合力学性能，此制出的多叠层复合料层间剪切强度可达单纯轧制复合法（40～70MPa）的约三倍。鉴于叠层第一次扩散焊接时已达到较高的结合强度，其相邻接触面间的约束可以制约金属的流动，使各组元叠层的压下率即为总压下率，从而既保证叠层中各组员间的层厚比不随冷轧加工的变化而变化，使异种组元材料叠层间平行度良好，而且可获得多叠层复合板的超薄料。另外，铜-钼-铜三叠层材料的热导率约为200～230W/m·K，而本发明制备的三层以上的多叠层钼-铜复合材料，热导率可达250～310W/m·K，即多叠层拥有更佳的热导性能。

综上所述，本发明工艺短流程、叠层间结合强度高、更高热导率、更低热膨胀系数、叠层间平行度好；与现有技术相比，具有稳定性好、热导效果更佳、热膨胀系数更小等优点。

附图说明：

附图1为本发明实施例1制备的七层钼-铜复合板的显微照片，其中叠层顺序从上至下依次为铜-钼-铜-钼-铜-钼-铜。

具体实施方式：

下面结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1：

选取尺寸为2.0×40×80㎜的TU1无氧铜板四块，尺寸为2.0×40×80㎜的纯钼板三块；首先对此七块片料进行厚度偏差测量，将厚度偏差＞±0.05㎜的料上磨床进行表面磨削处理，使材料的平面度及厚度偏差均≤±0.05㎜；选取2000#水磨砂纸对无氧铜板的表面进行打磨，后采用抛光布对打磨过表面进行光亮化处理，使其表面粗糙度优于Ra0.05μm，后对纯钼板的表面依次选用1000#、1500#、2000#水磨砂纸进行打磨后又抛光布进行光亮化处理，使其表面粗糙度达到Ra0.1μm；将此处理过的无氧铜与纯钼板按照铜-钼-铜-钼-铜-钼-铜次序叠置，后置于扩散焊接炉内进行扩散焊接，焊接工艺为：10MPa的扩散焊压力，900℃的扩散焊温度，30分钟的保温时间，以氢气为炉内保护气氛；扩散焊接保温结束后卸载压力并打开炉门，快速取出此多叠层复合料并送入两辊热轧机轧制减薄，进行两道50%压下率的热轧，冷却后再将此多叠层复合料送入两辊轧机冷轧，进行三个道次35%压下率的冷轧，得到复合叠片厚度为0.96㎜；后又依次进行30%、25%压下率的冷精轧，得到最终厚度为0.50㎜的多叠层复合片。此多叠层复合片的层向热膨胀系数为8.5×10^-6K^-1，热导率为280W/m·K。

实施例2：

选取尺寸为0.5×40×80㎜的T1普通紫铜板三块，尺寸为2.0×40×80㎜的纯钼板两块；首先对此五块片料进行厚度偏差测量，将厚度偏差＞±0.05㎜的料上磨床进行表面磨削处理，使材料的平面度及厚度偏差均≤±0.05㎜；选取2000#水磨砂纸对无氧铜板的表面进行打磨，后采用抛光布对打磨过表面进行光亮化处理，使其表面粗糙度优于Ra0.05μm，后对纯钼板的表面依次选用1000#、1500#、2000#水磨砂纸进行打磨后又抛光布进行光亮化处理，使其表面粗糙度达到Ra0.1μm；将此处理过的无氧铜与纯钼板按照铜-钼-铜-钼-铜次序叠置，后置于扩散焊接炉内进行扩散焊接，焊接工艺为：15MPa的扩散焊压力，1000℃的扩散焊温度，10分钟的保温时间，以惰性氩气为炉内保护气氛；待完成扩散焊接且炉内温度降低至800℃时卸载压力并打开炉门，快速取出此多叠层复合料并送入两辊热轧机轧制减薄，依次进行50%、40%两道压下率的热轧，冷却后又将此多叠层复合料送入两辊轧机冷轧，依次进行35%、30%、20%压下率三个道次的冷轧，得到复合叠片厚度为0.60㎜。此多叠层复合片的层向热膨胀系数为7.0×10^-6K^-1，热导率为260W/m·K。

Claims

1.一种多叠层钼-铜复合材料的制备方法，包括下述步骤：

第一步，钼、铜片的前处理

第二步，钼、铜片交叉叠置扩散焊接

第三步，轧制

2.根据权利要求1所述的一种多叠层钼-铜材料的复合制备方法，其特征在于：所述多叠层结构中钼片数量为2～5片，铜片数量为钼片数量加1。

3.根据权利要求1所述的一种多叠层钼-铜材料的复合制备方法，其特征在于：铜片与钼片的厚度比为0.25～1。

4.根据权利要求1所述的一种多叠层钼-铜材料的复合制备方法，其特征在于：所述铜片选自普通紫铜、无氧铜、脱氧铜、特种铜中的一种；钼片为纯钼片。

5.根据权利要求1所述的一种多叠层钼-铜材料的复合制备方法，其特征在于：所述轧制包括冷轧、热轧，轧制在普通两辊或四辊轧机上进行，冷轧道次压下率≤35%，冷轧轧制道次1～10次；热轧道次压下率≤50%，热轧温度为800～900℃，热轧轧制道次1～10次。

6.根据权利要求1所述的一种多叠层钼-铜材料的复合制备方法，其特征在于：所述扩散焊接工艺参数为：扩散焊接压力8～20MPa，扩散焊接温度850～1000℃，保温时间10～30分钟，扩散焊接炉内气氛选择真空、氢气或者惰性气体中的一种。