CN113881867B - 一种高导热碳铜的快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热碳铜的快速制备方法，包括混料、还原处理、装炉真空烧结、冷却这几个步骤，其碳粉、铜粉按比例混合，在高能球磨机的机械咬合搅拌下可以更好地在球磨过程中让铜粉去包裹碳粉，粉料均质性达最佳状态且混合时间相对短，随后填充粉料到模具装炉烧结通过调节升温速度使粉末快速达到塑化状态，并在高达80Mpa以上压力下快速成型，碳铜合金完全致密；同时这种工艺在真空状态下，温度相对比普通工艺温度较低且均匀，使得烧结且合金化时间短，整个生产高效连贯性促使这种工艺效率高，烧结成型的碳铜合金导热率可达670W/m.k以上，强度也随之提高，能更好地满足碳铜合金在基板、半导体及电子封装领域的应用。

Description

一种高导热碳铜的快速制备方法
技术领域
本发明属于碳铜合金生产技术领域，具体涉及一种高导热碳铜的制备方法。
背景技术
碳铜合金具有碳的导热率和良好的层次感，还具有铜的强度及导电性，市场应用前景很大，然而碳铜合金是一种极难成型致密和极难达到高导热的材料。市场上普遍使用的传统模压工艺生产的碳铜合金，材质分布不均匀、致密性疏松、导热效果差，导热率往往只能达到铜的导热率即310-350W/m.k，完全无法满足市场需要，导致碳铜合金的应用得不到很好推广，即使有所应用也只是在降低材料性能的情况下勉强使用。同时，目前碳铜合金的生产还存在生产周期长、效率低的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种能制备材质分布均匀、致密、导热率高、性能稳定的碳铜合金且生产周期短、生产效率高的高导热碳铜的快速制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高导热碳铜的快速制备方法，包括以下步骤，
S1：混料，在高能球磨机中按配方比例先填入碳粉，然后再填入铜粉并将铜粉覆盖碳粉，最后在铜粉表面覆盖填入锆球，锆球按重量份与铜粉、碳粉的重量总和的配比为5：1，高能球磨机按设定时间开机混料；
S2：还原处理，将步骤S1中球磨混料获得的粉末在380℃—400℃条件下，并在氢气炉中保温还原2h；
S3：装炉真空烧结，将经过步骤S2还原处理的粉末装入模具并送入烧结炉中在真空环境下烧结，在20Mpa压力条件下保压10-60s，然后升温；待粉末开始塑化，压力以每5Mpa的速率递增至120Mpa，并以55℃/min的升温速度将温度升到480℃；待粉末塑化完全后，以22℃/min的升温速度升温至860℃—920℃，并在120Mpa的压力条件下保压5-15min；
S4：冷却，冷却时间为2h。
这种碳铜合金制备方法，碳粉、铜粉按比例混合，在高能球磨机的机械咬合搅拌下可以更好地在球磨过程中让铜粉去包裹碳粉，粉料的均质性达最佳状态且混合时间相对短，随后填充粉料到模具装炉烧结通过调节升温速度使粉末快速达到塑化状态，并在高达80Mpa以上的压力下，快速成型到位，碳铜合金完全致密；同时这种工艺，在真空状态下，温度相对比普通工艺的温度较低且均匀，使得烧结且合金化的时间短，整个生产的高效连贯性促使这种工艺的效率高，最后烧结成型的碳铜合金的导热率可达670W/m.k以上，强度也随之提高，能更好地满足碳铜合金在基板、半导体及电子封装领域的应用。
本发明具有如下有益效果：
本发明高导热碳铜的快速制备方法，具有能制备材质分布均匀、致密、导热率高、性能稳定的碳铜合金的特点，制备的碳铜合金的导热率可达670W/m.k以上，同时有助于缩短碳铜合金的生产周期、提高生产效率。
附图说明
图1为采用本发明高导热碳铜的快速制备方法制备的碳铜合金的导热性能测试报告。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的描述，以便于更清楚地理解本发明要求保护的技术思想。
一种高导热碳铜的快速制备方法，包括以下步骤，
S1：混料，在高能球磨机中按配方比例先填入碳粉，碳粉优选采用粒径为3-4mm的天然鳞片石墨，然后再填入铜粉并将铜粉覆盖碳粉，最后在铜粉表面覆盖填入锆球，锆球根据球径可选择采用3mm、5mm或10mm的锆球，锆球按重量份与铜粉、碳粉的重量总和的配比为5：1，高能球磨机按设定时间开机混料，开机混料时间优选为2-3h；
S2：还原处理，将步骤S1中球磨混料获得的粉末在380℃—400℃条件下，并在氢气炉中保温还原2h，以对球磨混料获得的粉末进行去氧含量处理；
S3：装炉真空烧结，将经过步骤S2还原处理的粉末装入模具并送入烧结炉中在真空环境下烧结，在20Mpa压力条件下保压10-60s，然后升温，优选以120℃/min的升温速度升温至粉末开始塑化；待粉末开始塑化，压力以每5Mpa的速率递增至120Mpa，并以55℃/min的升温速度将温度升到480℃；待粉末塑化完全后，以22℃/min的升温速度升温至860℃—920℃，并在120Mpa的压力条件下保压5-15min；
S4：冷却，冷却时间为2h，获得材质分布均匀、致密、导热率高、性能稳定的碳铜合金。
需要说明的是，上述提及的高能球磨机、氢气炉及烧结炉均属于现有公知技术，其具体构造在此不进行赘述。
本发明高导热碳铜的快速制备方法，碳粉、铜粉按比例混合，在高能球磨机的机械咬合搅拌下可以更好地在球磨过程中让铜粉去包裹碳粉，粉料的均质性达最佳状态且混合时间相对短，随后填充粉料到模具装炉烧结通过调节升温速度使粉末快速达到塑化状态，并在高达80Mpa以上的压力下，快速成型到位，碳铜合金完全致密；同时这种工艺，在真空状态下，温度相对比普通工艺的温度较低且均匀，使得烧结且合金化的时间短，整个生产的高效连贯性促使这种工艺的效率高，最后烧结成型的碳铜合金的导热率如图1所示的导热性能测试报告所示可达670W/m.k以上，强度也随之提高，能更好地满足碳铜合金在基板、半导体及电子封装领域的应用。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高导热碳铜的快速制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：混料，在高能球磨机中按配方比例先填入碳粉，然后再填入铜粉并将所述铜粉覆盖所述碳粉，最后在所述铜粉表面覆盖填入锆球，所述锆球按重量份与所述铜粉、所述碳粉的重量总和的配比为5：1，所述高能球磨机按设定时间开机混料；
S2：还原处理，将步骤S1中球磨混料获得的粉末在380℃-400℃条件下，并在氢气炉中保温还原2h；
S3：装炉真空烧结，将经过步骤S2还原处理的粉末装入模具并送入烧结炉中在真空环境下烧结，在20Mpa压力条件下保压10-60s，然后升温；待粉末开始塑化，压力以每5Mpa的速率递增至120Mpa，并以55℃/min的升温速度将温度升到480℃；
待粉末塑化完全后，以22℃/min的升温速度升温至860℃-920℃，并在120Mpa的压力条件下保压5-15min；
S4：冷却，冷却时间为2h。
2.如权利要求1所述的高导热碳铜的快速制备方法，其特征在于，所述锆球的球径为3mm、5mm或10mm。
3.如权利要求1所述的高导热碳铜的快速制备方法，其特征在于，在步骤S3中，在20Mpa压力条件下保压10-60s后以120℃/min的升温速度升温至粉末开始塑化。
4.如权利要求1所述的高导热碳铜的快速制备方法，其特征在于，所述碳粉采用粒径为3-4mm的天然鳞片石墨。
5.如权利要求1所述的高导热碳铜的快速制备方法，其特征在于，所述高能球磨机开机混料时间为2-3h。
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