CN106270499A - 一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，涉及金属陶瓷材料制造领域，具体涉及一种SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法。本发明为解决现有的电触头材料成本较高、耐磨性较差的问题。本发明首先对微米级SiC颗粒进行高温氧化处理，利用HF酸作为刻蚀溶液；然后利用氯化亚锡、硝酸银与浓氨水混合液进行敏化活化处理，之后进行化学镀铜预处理，并将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(1～5):1混合，并添加稀土元素、分散剂和助磨剂进行球磨处理；然后进行造粒处理和排胶处理，最后进行微波烧结或热压烧结处理，最终获得高致密度的耐磨性较好的SiCp(Cu)/Cu复合材料。本发明截齿的设计制造。
Description
技术领域
本发明涉及金属陶瓷材料制造领域，具体涉及一种SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法。
背景技术
早期的触头材料多采用纯钨、纯钼、纯铜及贵金属银等体系，目前可生产银基触头材料、钨基触头材料、铜基触头材料等。
(1)银系触头材料。银系触头材料具有良好的热、电传导性，耐损蚀性，抗熔焊性，主要缺点是接触电阻不稳定。为解决这一问题，可在银钨触头材料中添加镉、锌、镁及铁等金属元素。其材料体系主要包括银金属氧化物体系、银镍体系、银-石墨体系。其中，银金属氧化物体系触头材料主要包括银氧化镉和银氧化锡等材料。银氧化镉类触头材料同时拥有耐电磨损性好、抗熔焊优良、接触电阻较低而且性能稳定等优点，被广泛应用于低压开关领域。银镍系触头材料具有良好的导电导热性，接触电阻低，电弧侵蚀小等特点。但该类触头在大电流下抗熔焊性能较差，通常与银石墨触头组合使用。银石墨系触头材料具有导电性好、接触电阻低、抗熔焊性好等特点，即使在短路电流下也不熔焊。但存在电弧侵蚀较高、电磨损大、灭弧能力差等问题。目前，考虑到地球上金属银的储藏量相当缺乏，尤其是中国。近年来，提出节银系列触头材料，但该技术路线仍不能从根本上解决银资源被消耗的问题。因此，开发和研制新型非银系列触头材料成为当前的迫切要求。
(2)钨系触头材料。钨系触头材料具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性、强度高等优点。钨铜系合金是由Cu与W组成的一种电触头用复合材料。上述材料兼具Cu优良的导热性和导电性以及W拥有的高密度、高强度、高熔点和低膨胀系数等特点，两者不互溶同时也难以形成金属间化合物。CuW材料同时兼具Cu、W的优点，故其拥有导热导电性良好、膨胀系数小等特点，在20世纪初的很长时间内被应用于高压电器开关用触头材料领域。通常采用机械合金化、溶胶凝胶法、熔渗法以及高温液相烧结法等方法来获得CuW合金触头材料。尤其是熔渗法和高温液相烧结法最为常见。其中钨的含量约为80～95％。考虑到Cu和W的熔点差距较大，在采用高温液相烧结法时，需经过在500～600MPa压力下将钨粉压制成坯块(致密度60％～70％)后再经1800℃～1950℃的高温烧结处理烧30min～120min后形成钨骨架材料，还需要在1200℃～1400℃高真空条件下进行渗铜处理。熔渗法则是制备CuW电触头材料的普遍方法，其机理是在毛细管力作用下，铜液润湿多孔钨基体时会沿颗粒间隙流动填充多孔钨骨架孔隙来提高烧结CuW材料的致密度。近年来，新型的CuW材料制造技术不断涌现，如粉末注射成形技术、热等静压工艺以及热静液挤压工艺、添加稀土材料改性以及添加陶瓷颗粒改性等，但上述技术仍不够成熟，需要不断改进。如粉末注射成形技术具有具有精度高、组织均匀、性能优异、成本低等优点，但该技术是在注射钨坯基础上形成的，利用高能球磨机将钨粉和铜粉混合球磨，利用粘结剂进行混料处理，在较高温度范围内脱胶处理，在1100℃～1300℃下进行液相烧结。问题在于：球磨过程中Cu和W将形成固溶体，Cu加工硬化将导致过多的位错形成，容易造成晶粒细化和晶界增多。晶粒细化形成细晶强化作用，能够提高CuW材料的硬度，进而提高其耐磨性能；而伴随而来的晶界增多，则会导致电子散射增多，材料电导率下降。再如添加稀土材料改性技术，稀土元素添加到钨基体中，能起到弥散强化作用，有助于提高CuW电触头材料的抗电弧侵蚀性能。稀土添加量必须适当，否则将会形成大量的稀土夹杂物，降低电学性能。稀土氧化物的添加，CuW材料导电性不断下降，这是因为稀土氧化物与W发生化学反应生成稀土钨酸盐，导致金属键被共价键或离子键取代，材料电导率下降。此外，若稀土元素以氧化物形式单独存在，也会导致材料导电性的明显下降，尤其是高含量的条件下。近年来，为了提高CuW材料高温强度，通常在CuW材料中加入第二相强化颗粒(如TiC陶瓷颗粒)。这是因为Ti C与W具有相近的热膨胀系数和良好的相溶性，TiC作为弥散强化第二相加入钨基体中，能在一定程度上改善CuW材料的高温强度。需要注意的是，在引入TiC陶瓷颗粒时，需要严格控制TiC颗粒的用量，否则将会导致材料强度的明显下降。值得注意的是，利用上述方法制备的CuW电触头材料通常具有相当高的密度(约13～17.5g/cm3)。此外，高致密度和高强度力学性能参数设计、材料成分和微观结构精准控制的电学和热物理性能条件以及特定形状要求零件的净尺寸成型技术的研究等问题仍亟待解决。此外，上述体系材料的开断能力较弱，仅适用于小容量的真空断路器和真空接触器。
(3)铜系触头材料。目前，能够代替银的最合适的金属元素便是铜，其导热、导电性能与金属银最为接近，而且铜的价格相对便宜、资源储量丰富。目前开发的铜基触头材料主要包括铜钨合金系、铜铋合金系、铜铬合金系等。其中，铜铋合金具有良好的抗熔焊性、较低的截流值等优点，但其强度低、电弧侵蚀大，由此导致的触头寿命通常较短，一般用于低于20kV条件下的真空断路器中。而铜铬材料则具有耐电压水平高、较强的吸气能力、分断容量大、耐损蚀特性好、截流值较低等特点。由于铜与铬的互溶性较差，通过烧结收缩难以实现其高度致密化，但目前中高压真空断路器触头材料中铜铬合金的应用范围较广。
电触头作为低压电器的核心部件，根据其服役环境与工况条件，电触头材料必须具备下列特性，如优良的导电性和导热性，抗熔焊性好，耐电磨损性高，分断大电流时不易发生电弧重燃以及较低的截流水平和气体含量。考虑到W和Ag等均属于贵金属，资源储量有限。同时采用该类贵金属作为原料使得触头材料的成本过于昂贵，不利于推广应用。因此考虑开发导电性能良好、硬度高、资源丰富、成本低的电触头材料成为当前科研人员所面临的关键技术问题。
发明内容
本发明为解决现有的电触头材料成本较高、耐磨性较差的问题，进而提出了一种SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法。
一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、对微米级SiC颗粒进行高温氧化处理；然后利用HF酸作为刻蚀溶液，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡刻蚀，实现碳化硅颗粒表面的粗化处理，控制碳化硅颗粒表面的粗糙度Ra为15μm～35μm；
步骤2、以氯化亚锡作为敏化剂，将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液浸泡，并进行清洗和低温干燥处理；
所述的氯化亚锡和浓盐酸的混合液中氯化亚锡的浓度为10g/L～40g/L；
步骤3、以新配置的硝酸银和浓氨水的混合液作为活化剂，将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡，并进行清洗和低温干燥处理得到SiCp粉；
所述的硝酸银和浓氨水的混合液中硝酸银的浓度为5g/L～3.5g/L；
步骤4、配置硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠的混合液作为镀铜液，利用氢氧化钠溶液调节镀铜液的pH值在10.5～13范围内，对SiCp进行化学镀铜预处理，得到SiCp(Cu)粉体，并进行清洗和低温真空干燥处理；
所述的镀铜液中硫酸铜的浓度为10g/L～40g/L、甲醛10g/L～50g/L、乙二胺四乙酸二钠20g/L～50g/L；
步骤5、将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(1～5):1混合，并添加稀土元素(如La和Ce等)制成混合粉体；在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂在高能球磨机中进行细化处理；
步骤6、在所述的混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂(如聚乙烯醇(PVA)、硬脂酸，羧甲基纤维素以及石蜡等)，然后利用造粒机进行造粒处理；根据室温冷压成型条件要求，选择生产需要而定的成型模具对样品进行压制成型，成型压力控制在300MPa～500MPa；
将压制成型的材料在400℃～600℃、真空度为10-3Pa条件下排胶处理，再将所述材料在780℃～920℃条件下进行微波烧结或热压烧结处理，最终获得高致密度的耐磨性较好的SiCp(Cu)/Cu复合材料。
优选地，步骤1所述的对微米级SiC颗粒进行高温氧化处理的温度为550℃～850℃，氧化时间为1～3个小时。
优选地，步骤1所述的HF酸刻蚀溶液中HF酸浓度为20ml/L～55ml/L，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡刻蚀的时间为30min～90min。
优选地，步骤2所述的将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液中浸泡的时间为40min～80min。
优选地，步骤3所述的将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡的时间10min～40min。
优选地，步骤5所述的加入稀土元素制成的混合粉体中稀土元素的质量分数为0.25％～2.8％。
优选地，步骤5所述的在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂的过程中，分散剂和助磨剂的加入量为混合粉体与分散剂和助磨剂总质量的1％～5％。
优选地，步骤6所述的在混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂的过程包括以下步骤：
将粘结剂溶解制成溶液，粘结剂为溶液质量的0.5％～4％；然后将粘结剂溶液均匀的喷洒在混合并球磨分散后的复合粉中。
优选地，步骤5所述将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(2～3):1混合。
优选地，步骤5所述的加入稀土元素制成的混合粉体中稀土元素的质量分数为0.7％～2.1％。
本发明包括以下有益效果：
本发明可以通过骤1～4将碳化硅颗粒的表面的粗糙度Ra控制在15μm～35μm范围内。然后，活化剂、敏化剂以及化学镀溶液优化处理，使得碳化硅颗粒表面获得厚度在20～50微米的结合良好的铜膜，避免了过薄的铜膜与碳化硅颗粒之间的结合力较弱的问题或铜膜过厚容易脱落的问题。
而且，与相同工艺制造的纯铜材料(维氏硬度约35～45kg/mm2)相比，本发明制造的SiCp(Cu)/Cu复合材料维氏硬度提高到125～160kg/mm2，其摩擦系数提高约180～240％。将上述两种材料以铸铁为摩擦副条件下进行磨损实验，在载荷为50N条件下磨损率为10％时，本发明SiCp(Cu)/Cu复合材料的磨损寿命延长了320％～360％。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，
一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，包括以下步骤
步骤1、对微米级SiC颗粒进行高温氧化处理；然后利用HF酸作为刻蚀溶液，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡刻蚀，实现碳化硅颗粒表面的粗化处理，控制碳化硅颗粒表面的粗糙度Ra为15μm～35μm；
只有碳化硅表面的粗糙程度Ra为15μm～35μm，才能够保证按照后续的步骤制造出性能较好的复合材料；如果碳化硅颗粒表面的粗糙度较小或者较大，化学镀后铜膜与碳化硅颗粒之间的结合强度将明显降低；
步骤2、以氯化亚锡作为敏化剂，将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液浸泡，并进行清洗和低温干燥处理；
所述的氯化亚锡和浓盐酸的混合液中氯化亚锡的浓度为10g/L～40g/L；如果氯化亚锡的浓度过高，会造成敏化过度，经过活化后导致敏化处理后的包裹层厚，影响后期镀铜层的性能；如果氯化亚锡的浓度过低，会造成敏化不够，经过活化后导致敏化处理后的包裹层太薄，后期镀铜层结合不上；
步骤3、以新配置的硝酸银和浓氨水的混合液作为活化剂，将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡，并进行清洗和低温干燥处理得到SiCp粉；
所述的硝酸银和浓氨水的混合液中硝酸银的浓度为5g/L～3.5g/L；如果硝酸银浓度过高，会造成活化过度，在敏化活化后，在碳化硅颗粒表面获得的包裹层厚，影响后期镀铜层的性能；如果硝酸银浓度过低，会造成活化不够，在敏化活化后，在碳化硅颗粒表面获得的包裹层太薄，后期镀铜层结合不上；
实际上，敏化和活化两个过程共同作用，通过离子交换等作用过程，形成的敏化活化后的包裹层，进而影响后期的镀铜效果；二者共同作用，两者有一个环节作用出现问题都会影响后期的镀铜效果；
步骤4、配置硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠的混合液作为镀铜液，利用氢氧化钠溶液调节镀铜液的pH值在10.5～13范围内，对SiCp进行化学镀铜预处理，得到SiCp(Cu)粉体，并进行清洗和低温真空干燥处理；
所述的镀铜液中硫酸铜的浓度为10g/L～40g/L、甲醛10g/L～50g/L、乙二胺四乙酸二钠20g/L～50g/L；如果镀铜液的浓度偏低，镀铜效果不好；如果镀铜液的浓度偏高，镀铜膜过厚影响后期制备SiCp(Cu)/Cu复合材料的效果；
步骤5、将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(1～5):1混合，并添加稀土元素(如La和Ce等)制成混合粉体；在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂在高能球磨机中进行细化处理；
步骤6、在所述的混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂(如聚乙烯醇(PVA)、硬脂酸，羧甲基纤维素以及石蜡等)，然后利用造粒机进行造粒处理；根据室温冷压成型条件要求，选择生产需要而定的成型模具对样品进行压制成型，成型压力控制在300MPa～500MPa；在室温下采用300MPa～500MPa高成型压力将有利于材料致密化；过高的成型压力将导致材料高度致密化，使得材料中的粘结剂在后期处理过程中无法排除；过低的成型压力将造成过多的气孔出现，降低材料密度。
将压制成型的材料在400℃～600℃、真空度为10-3Pa条件下排胶处理，再将所述材料在780℃～920℃条件下进行微波烧结或热压烧结处理，最终获得高致密度的耐磨性较好的SiCp(Cu)/Cu复合材料。
排胶处理选择400℃～600℃进行，主要是由于粘结剂基本都是高分子材料；针对高分子材料，温度太低，高分子会挥发不出来，排胶效果差影响后期的复合材料性能；温度太高，高分子材料发生炭化，炭化后的物质与材料发生反应，严重影响后期复合材料性能。
微波烧结或热压烧结处理选择780℃～920℃，如果温度过高，Cu金属液化，不能形成SiCp(Cu)/Cu复合材料；如果温度较低，微波烧结或热压烧结不实，影响SiCp(Cu)/Cu复合材料的性能。
具体实施方式二：
本实施方式步骤1所述的对微米级SiC颗粒进行高温氧化处理的温度为550℃～850℃，氧化时间为1～3个小时。设置高温氧化处理的温度为550℃～850℃、氧化时间为1～3个小时，才能够保证对微米级SiC颗粒进行高温氧化后在SiC颗粒表面形成的致密氧化膜厚度适宜，适合通过后续的HF酸刻蚀，才能够控制碳化硅表面的粗糙程度Ra为15μm～35μm，否则无法得到表面粗糙程度Ra为15μm～35μm的碳化硅。
其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：
本实施方式步骤1所述的HF酸刻蚀溶液中HF酸浓度为20ml/L～55ml/L，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡刻蚀的时间为30min～90min。设置HF酸浓度为20ml/L～55ml/L，刻蚀的时间为30min～90min。才能够保证针对高温氧化处理的SiC颗粒进行适当的刻蚀，才能够保证刻蚀的硅表面的粗糙程度。尤其是与温度为550℃～850℃、氧化时间为1～3个小时高温氧化处理步骤相配合，才能够保证对微米级SiC颗粒进行高温氧化后在SiC颗粒表面形成的致密氧化膜厚度适宜，适合通过后续的HF酸刻蚀，才能够控制碳化硅表面的粗糙程度Ra为15μm～35μm，否则无法得到表面粗糙程度Ra为15μm～35μm的碳化硅。
其他步骤和参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：
本实施方式步骤2所述的将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液中浸泡的时间为40min～80min。
如果敏化的时间过长会造成敏化过度，经过活化后导致敏化处理后的包裹层厚，影响后期镀铜层的性能；如果敏化的时间过短会造成敏化不够，经过活化后导致敏化处理后的包裹层太薄，后期镀铜层结合不上。
其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：
本实施方式步骤3所述的将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡的时间10min～40min。
如果活化时间过长会造成活化过度，在敏化活化后，在碳化硅颗粒表面获得的包裹层厚，影响后期镀铜层的性能；如果活化时间过短会造成活化不够，在敏化活化后，在碳化硅颗粒表面获得的包裹层太薄，后期镀铜层结合不上。
其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：
本实施方式步骤5所述的加入稀土元素制成的混合粉体中稀土元素的质量分数为0.25％～2.8％。如果稀土元素加入的过少，对于铜粉起不到晶粒细化作用；而稀土元素加入的过多，稀土元素成为杂质相，影响复合材料的性能。
其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：
本实施方式步骤5所述的在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂的过程中，分散剂和助磨剂的加入量为混合粉体与分散剂和助磨剂总质量的1％～5％。如果分散剂和助磨剂加入的过少，会造成研磨不充分，增加研磨时间，浪费能源；而分散剂和助磨剂加入的过多，分散剂和助磨剂成为杂质相，影响复合材料的性能。
其他步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：
本实施方式步骤6所述的在混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂的过程包括以下步骤：
将粘结剂溶解制成溶液，粘结剂为溶液质量的0.5％～4％；然后将粘结剂溶液均匀的喷洒在混合并球磨分散后的复合粉中。如果粘结剂的添加量过少，粘度不够，造粒处理后的复合材料性能较差；如果粘结剂的添加量过多，会造成粘度大阻力大，不利于后期的造粒和排胶处理。
其他步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：
本实施方式步骤5所述将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(2～3):1混合。SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(1～5):1混合均能够实现SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造，SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(2～3):1混合时，SiCp(Cu)/Cu复合材料的导电性效果好、磨损寿命长。
其他步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：
本实施方式步骤5所述的加入稀土元素制成的混合粉体中稀土元素的质量分数为0.7％～2.1％。步骤5所述的加入稀土元素制成的混合粉体中稀土元素的质量分数为0.25％～2.8％时均能够实现SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造，在混合粉体中稀土元素的质量分数为0.7％～2.1％时对于铜粉的晶粒细化作用较好，最终的SiCp(Cu)/Cu复合材料性能相对较好。
其他步骤和参数与具体实施方式六至九之一相同。
实施例
实施例1
一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、对微米级SiC颗粒在550℃下进行高温氧化处理，氧化时间控制在1个小时，经高温氧化处理后在碳化硅颗粒的表面形成氧化硅膜；然后利用HF酸作为刻蚀溶液，调整HF酸浓度在20ml/L范围内，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡30min，实现碳化硅颗粒表面的粗化处理，能够控制碳化硅颗粒表面的粗糙度Ra约为15μm；
步骤2、以氯化亚锡作为敏化剂，将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液浸泡40min，并进行清洗和低温干燥处理；
所述的氯化亚锡和浓盐酸的混合液中氯化亚锡的浓度为10g/L；
步骤3、以新配置的硝酸银和浓氨水的混合液作为活化剂，将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡10min，并进行清洗和低温干燥处理得到SiCp粉；
所述的硝酸银和浓氨水的混合液中硝酸银的浓度为3.5g/L；
步骤4、配置硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠的混合液作为镀铜液，利用氢氧化钠溶液调节镀铜液的pH值在10.5，对SiCp进行化学镀铜预处理，得到SiCp(Cu)粉体，并进行清洗和低温真空干燥处理；
所述的镀铜液中硫酸铜的浓度为10g/L、甲醛10g/L、乙二胺四乙酸二钠20g/L；
步骤5、将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉按体积比3:1混合，并添加稀土元素La制成混合粉体，加入稀土元素制成的混合粉体中稀土元素的质量分数为0.25％；在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂在高能球磨机中进行细化处理，分散剂和助磨剂的加入量为混合粉体与分散剂和助磨剂总质量的1％；
步骤6、在所述的混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂，然后利用造粒机进行造粒处理；根据室温冷压成型条件要求，选择生产需要而定的成型模具对样品进行压制成型，成型压力控制在300MPa；
将压制成型的材料在400℃、真空度为10-3Pa条件下排胶处理，再将所述材料在780℃条件下进行微波烧结或热压烧结处理，最终获得高致密度的耐磨性较好的SiCp(Cu)/Cu复合材料。
与相同工艺参数条件下烧结的纯铜相比，通过微波烧结或热压烧结的SiCp(Cu)/Cu复合材料，其硬度提高约3倍，耐磨性明显提升；在载荷为50N条件下磨损率为10％时，本发明SiCp(Cu)/Cu复合材料的磨损寿命延长了320％；导电性约为纯铜的82％，虽然略有降低，但是其完全可以用于真空、高压开关领域的电触头。
实施例2
一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、对微米级SiC颗粒在850℃下进行高温氧化处理，氧化时间控制在3个小时，经高温氧化处理后在碳化硅颗粒的表面形成氧化硅膜；然后利用HF酸作为刻蚀溶液，调整HF酸浓度在55ml/L范围内，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡90min，实现碳化硅颗粒表面的粗化处理，能够控制碳化硅颗粒表面的粗糙度Ra约为35μm；
步骤2、以氯化亚锡作为敏化剂，将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液浸泡，并进行清洗和低温干燥处理；
所述的氯化亚锡和浓盐酸的混合液中氯化亚锡的浓度为40g/L；
步骤3、以新配置的硝酸银和浓氨水的混合液作为活化剂，将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡，并进行清洗和低温干燥处理得到SiCp粉；
所述的硝酸银和浓氨水的混合液中硝酸银的浓度为5g/L；
步骤4、配置硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠的混合液作为镀铜液，利用氢氧化钠溶液调节镀铜液的pH值在13范围内，对SiCp进行化学镀铜预处理，得到SiCp(Cu)粉体，并进行清洗和低温真空干燥处理；
所述的镀铜液中硫酸铜的浓度为40g/L、甲醛50g/L、乙二胺四乙酸二钠50g/L；
步骤5、将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比2:1混合，并添加稀土元素La制成混合粉体；在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂在高能球磨机中进行细化处理；
步骤6、在所述的混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂，然后利用造粒机进行造粒处理；根据室温冷压成型条件要求，选择生产需要而定的成型模具对样品进行压制成型，成型压力控制在500MPa；
将压制成型的材料在600℃、真空度为10-3Pa条件下排胶处理，再将所述材料在920℃条件下进行微波烧结或热压烧结处理，最终获得高致密度的耐磨性较好的SiCp(Cu)/Cu复合材料。
与相同工艺参数条件下烧结的纯铜相比，通过微波烧结或热压烧结的SiCp(Cu)/Cu复合材料，其硬度提高约5倍，耐磨性明显提升；在载荷为50N条件下磨损率为10％时，本发明SiCp(Cu)/Cu复合材料的磨损寿命延长了360％。导电性约为纯铜的88％，虽然略有降低，但是其完全可以用于真空、高压开关领域的电触头。
实施例3
一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、对微米级SiC颗粒在800℃下进行高温氧化处理，氧化时间控制在2个小时，经高温氧化处理后在碳化硅颗粒的表面形成氧化硅膜；然后利用HF酸作为刻蚀溶液，调整HF酸浓度在55ml/L范围内，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡60min，实现碳化硅颗粒表面的粗化处理，能够控制碳化硅颗粒表面的粗糙度Ra约为20μm；
步骤2、以氯化亚锡作为敏化剂，将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液浸泡，并进行清洗和低温干燥处理；
所述的氯化亚锡和浓盐酸的混合液中氯化亚锡的浓度为25g/L；
步骤3、以新配置的硝酸银和浓氨水的混合液作为活化剂，将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡，并进行清洗和低温干燥处理得到SiCp粉；
所述的硝酸银和浓氨水的混合液中硝酸银的浓度为4.5g/L；
步骤4、配置硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠的混合液作为镀铜液，利用氢氧化钠溶液调节镀铜液的pH值在11.5范围内，对SiCp进行化学镀铜预处理，得到SiCp(Cu)粉体，并进行清洗和低温真空干燥处理；
所述的镀铜液中硫酸铜的浓度为30g/L、甲醛30g/L、乙二胺四乙酸二钠35g/L；
步骤5、将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比2.5:1混合，并添加稀土元素La制成混合粉体；在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂在高能球磨机中进行细化处理；
步骤6、在所述的混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂，然后利用造粒机进行造粒处理；根据室温冷压成型条件要求，选择生产需要而定的成型模具对样品进行压制成型，成型压力控制在400MPa；
将压制成型的材料在500℃、真空度为10-3Pa条件下排胶处理，再将所述材料在900℃条件下进行微波烧结或热压烧结处理，最终获得高致密度的耐磨性较好的SiCp(Cu)/Cu复合材料。
与相同工艺参数条件下烧结的纯铜相比，通过微波烧结或热压烧结的SiCp(Cu)/Cu复合材料，其硬度提高约3.8倍，耐磨性明显提升；在载荷为50N条件下磨损率为10％时，本发明SiCp(Cu)/Cu复合材料的磨损寿命延长了350％。导电性约为纯铜的86％，虽然略有降低，但是其完全可以用于真空、高压开关领域的电触头。
Claims (10)
1.一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对微米级SiC颗粒进行高温氧化处理；然后利用HF酸作为刻蚀溶液，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡刻蚀，实现碳化硅颗粒表面的粗化处理，控制碳化硅颗粒表面的粗糙度Ra为15μm～35μm；
步骤2、以氯化亚锡作为敏化剂，将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液浸泡，并进行清洗和低温干燥处理；
所述的氯化亚锡和浓盐酸的混合液中氯化亚锡的浓度为10g/L～40g/L；
步骤3、以新配置的硝酸银和浓氨水的混合液作为活化剂，将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡，并进行清洗和低温干燥处理得到SiCp粉；
所述的硝酸银和浓氨水的混合液中硝酸银的浓度为5g/L～3.5g/L；
步骤4、配置硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠的混合液作为镀铜液，利用氢氧化钠溶液调节镀铜液的pH值在10.5～13范围内，对SiCp进行化学镀铜预处理，得到SiCp(Cu)粉体，并进行清洗和低温真空干燥处理；
所述的镀铜液中硫酸铜的浓度为10g/L～40g/L、甲醛10g/L～50g/L、乙二胺四乙酸二钠20g/L～50g/L；
步骤5、将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(1～5):1混合，并添加稀土元素制成混合粉体；在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂在球磨机中进行细化处理；
步骤6、在所述的混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂，然后利用造粒机进行造粒处理；根据冷压成型条件要求，选择成型模具对样品进行压制成型，成型压力控制在300MPa～500MPa；
将压制成型的材料在400℃～600℃、真空度为10-3Pa条件下排胶处理，再将所述材料在780℃～920℃条件下进行微波烧结或热压烧结处理，最终获得SiCp(Cu)/Cu复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤1所述的对微米级SiC颗粒进行高温氧化处理的温度为550℃～850℃，氧化时间为1～3个小时。
3.根据权利要求2所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤1所述的HF酸刻蚀溶液中HF酸浓度为20ml/L～55ml/L，将高温氧化处理后的碳化硅粉在氢氟酸溶液中浸泡刻蚀的时间为30min～90min。
4.根据权利要求1至3之一所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤2所述的将粗化处理后的碳化硅粉在氯化亚锡和浓盐酸的混合液中浸泡的时间为40min～80min。
5.根据权利要求4所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤3所述的将敏化后的碳化硅粉在活化剂中浸泡的时间10min～40min。
6.根据权利要求5所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤5所述的加入稀土元素制成的混合粉体中稀土元素的质量分数为0.25％～2.8％。
7.根据权利要求6所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤5所述的在所述混合粉体中加入分散剂和助磨剂的过程中，分散剂和助磨剂的加入量为混合粉体与分散剂和助磨剂总质量的1％～5％。
8.根据权利要求7所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤6所述的在混合并球磨分散后的复合粉中加入粘结剂的过程包括以下步骤：
将粘结剂溶解制成溶液，粘结剂为溶液质量的0.5％～4％；然后将粘结剂溶液均匀的喷洒在混合并球磨分散后的复合粉中。
9.根据权利要求8所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤5所述将SiCp(Cu)粉体与微米级雾化铜粉或电解铜粉按体积比(2～3):1混合。
10.根据权利要求9所述的一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法，其特征在于，步骤5所述的加入稀土元素制成的混合粉体中稀土元素的质量分数为0.7％～2.1％。
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