CN116334435A - 碳化硅铝基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电子封装技术领域，特别是涉及一种碳化硅铝基复合材料及其制备方法和应用。碳化硅铝基复合材料的制备方法包括以下步骤：将n个碳化硅预制体层叠设置后，热压烧结，制备致密度呈梯度分布的多孔碳化硅，n为≥2的整数；采用渗流法使多孔碳化硅和铝基体形成碳化硅铝基复合材料；n个碳化硅预制体的致密度呈梯度变化，碳化硅预制体的制备方法包括：将硅粉、碳粉和造孔剂混合，压制。上述制备方法制得的碳化硅铝基复合材料具有低热膨胀系数，且碳化硅呈梯度分布。
Description
技术领域
本申请涉及电子封装技术领域，特别是涉及一种碳化硅铝基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着集成电路行业的快速发展，电子封装材料不断向小型化，轻量化，高密度组装化发展。针对传统电子封装材料存在的种种不足以及为了满足现代封装系统快速发展趋势的需求，性能更加优越的新型轻质陶瓷增强金属基复合材料(Si/Al和SiC/Al)应运而生，被誉为第三代电子封装材料。通常为了降低封装材料靠近芯片处的热膨胀系数，需要提高上述复合材料中陶瓷组分的体积分数，而为了提高在远离芯片端的封装壳体的焊接性能，需要降低上述复合材料中陶瓷组分的体积分数。因此，有必要提供一种一体式梯度分布的陶瓷增强金属基复合材料。
碳化硅铝基复合材料(SiC/Al)的制备方法主要包括：搅拌铸造法、喷射沉积法以及粉末冶金。然而，搅拌铸造法只能用于制备低体积分数的碳化硅铝基复合材料，当碳化硅含量超过30％时，碳化硅将在铝液中出现严重的团聚现象；喷射沉积法是指在铝液中通入高压惰性气体和增强体颗粒，然后共同沉积得到复合材料，但是制得的复合材料的致密度较低，基体中会残留大量气孔，后续需要通过热压工艺消除，工艺较为繁杂；粉末冶金是指将金属粉末与增强体粉末均匀混合后在一定的温度与压力下制得，但是其同样仅适用于较低体积分数的碳化硅铝基复合材料的制备，比如当碳化硅的体积分数大于50％时，铝基体中会存在大量无法消除的气孔，从而会影响复合材料的力学性能以及气密性。而且以金属粉末为原料，成本较高。
目前碳化硅增强铝基复合材料中碳化硅一般通过直接加入碳化硅颗粒或原位合成碳化硅的形式引入。然而，直接加入的碳化硅颗粒往往纯度较低，引入碳化硅颗粒的同时会引入较多杂质；原位合成法多用于制备纳米级碳化硅颗粒，粒径过小，导致电子封住材料的总界面热阻过大，显著降低了复合材料的热导率。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够降低热膨胀系数以及提高导热性，且碳化硅致密度呈梯度分布的碳化硅铝基复合材料及其制备方法和应用。
第一方面，本申请提供一种碳化硅铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将n个碳化硅预制体层叠设置后，热压烧结，制备致密度呈梯度分布的多孔碳化硅，n为≥2的整数；以及
采用渗流法使所述多孔碳化硅和铝基体形成碳化硅铝基复合材料；
n个所述碳化硅预制体的致密度呈梯度变化，各个所述碳化硅预制体的制备方法包括：
将硅粉、碳粉和造孔剂混合，压制。
在一些实施方式中，所述硅粉中硅原子与所述碳粉中碳原子的原子个数比为(1～1.2)：1。
在一些实施方式中，n个所述碳化硅预制体的致密度分别为20％～70％中的任意值。
在一些实施方式中，按照占所述碳粉、所述硅粉和所述造孔剂总量的致密度计，所述造孔剂的含量为10％～50％，且在n个所述碳化硅预制体中，所述造孔剂的含量呈梯度变化。
在一些实施方式中，所述造孔剂包括尿素、聚乙烯醇及淀粉中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述碳粉和所述造孔剂的平均粒径分别独立地选自＜30μm的任意值；
所述硅粉的平均粒径分别独立地选自＜50μm的任意值。
在一些实施方式中，在所述多孔碳化硅中，n个所述碳化硅预制体的厚度分别独立地为5mm～50mm。
在一些实施方式中，所述热压烧结的压力为0.05MPa～5MPa，烧结温度为1400℃～2000℃；
可选地，在所述热压烧结前，还包括预热压步骤，所述预热压的条件包括：压力为0.05MPa～5MPa，温度为50℃～300℃。
在一些实施方式中，所述铝基体为铝金属基体或铝合金基体；
可选地，所述铝合金基体选自铝硅镁合金基体或铝镁合金基体；
可选地，所述铝基体与所述多孔碳化硅的质量比为1：(1～2.7)。
第二方面，本申请还提供一种如第一方面所述的制备方法制得的碳化硅铝基复合材料。
第三方面，本申请进一步提供一种如第二方面所述的碳化硅铝基复合材料作为电子封装材料的应用。
本申请提供的碳化硅铝基复合材料的制备方法，在形成碳化硅铝基复合材料过程中以硅粉和碳粉为原料合成碳化硅，而非直接在铝基体中引入成型的碳化硅颗粒，从而提升了碳化硅与铝基体之间的界面结合力，且降低了碳化硅铝基复合材料的热膨胀系数，具有更好的导热效果。而且本申请将碳化硅制成了多孔碳化硅，并使多孔碳化硅具有梯度的致密度，即，使碳化硅在碳化硅铝基复合材料内呈梯度分布，从而可以确保通过碳化硅铝基复合材料加工出的电子封装外壳具有高导热性和低热膨胀系数的同时，还能实现材料的近净成型。
此外，本申请提供的碳化硅铝基复合材料制备工艺简单，且无杂质残留，形成的碳化硅的纯度较高。而且形成的多孔碳化硅中既包括碳化硅，又包括硅相，碳化硅与硅相连接，可进一步降低碳化硅铝基复合材料的热膨胀系数，同时硅相可以实现对碳化硅颗粒的包覆，从而有利于增强碳化硅与铝基体之间的界面润湿性，可进一步降低碳化硅铝基复合材料的热膨胀系数，提升其导热性。另外，硅相与碳化硅相连的结构可以在降低碳化硅含量的基础上确保碳化硅铝基复合材料的力学性能，使其具有优异的可加工性。而且上述制备工艺属于近净成形技术，形成的碳化硅铝基复合材料几乎无需二次加工即可直接应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施方式中碳化硅铝基复合材料的制备方法的示意图；
图2为实施例1制得的碳化硅铝基复合材料的金相显微镜图；
图3为实施例2制得的多孔碳化硅的形貌图；
图4为实施例3制得的多孔碳化硅的结构示意图；
图5为实施例4制得的多孔碳化硅的XRD图；
图6为对比例2制得的多孔碳化硅的扫描电镜图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
传统制备碳化硅铝基复合材料的方法无法制备碳化硅梯度分布的复合材料，而且碳化硅的含量较低，易引入杂质，难以形成高热导率和低热膨胀系数的复合材料。为此，本申请提供了一种碳化硅铝基复合材料的制备方法，以改善其导热性，且可实现碳化硅在复合材料中的梯度分布。
第一方面，本申请提供一种碳化硅铝基复合材料的制备方法，包括步骤S100和步骤S200。
上述制备方法，在形成碳化硅铝基复合材料过程中以硅粉和碳粉为原料合成碳化硅，而非直接在铝基体中引入成型的碳化硅颗粒，从而提升了碳化硅与铝基体之间的界面结合力，且降低了碳化硅铝基复合材料的热膨胀系数，具有更好的导热效果。而且本申请将碳化硅制成了多孔碳化硅，并使多孔碳化硅具有梯度的致密度，即使碳化硅在碳化硅铝基复合材料内呈梯度分布，从而可以确保碳化硅铝基复合材料高导热性和低热膨胀系数的同时，使其具有优异的可焊接性。即高碳化硅区域可以与芯片连接，减小由于封装外壳的热应力使得芯片失效的现象；低碳化硅区域具有较好的焊接性能可以与封装盖板焊接，保证其气密性。
此外，本申请提供的碳化硅铝基复合材料制备工艺简单，且无杂质残留，形成的碳化硅的纯度较高。而且形成的多孔碳化硅中既包括碳化硅，又包括硅相，碳化硅与硅相连接，可进一步降低碳化硅铝基复合材料的热膨胀系数，同时硅相可以实现对碳化硅颗粒的包覆，从而有利于增强碳化硅与铝基体之间的界面润湿性，可进一步降低碳化硅铝基复合材料的热膨胀系数，提升其导热性。
另外，硅相与碳化硅相连的结构可以在降低碳化硅含量的基础上确保碳化硅铝基复合材料的力学性能，使其具有优异的可加工性。而且上述制备工艺属于近净成形技术，形成的碳化硅铝基复合材料几乎无需二次加工即可直接应用。
步骤S100：将n个碳化硅预制体层叠设置后，热压烧结，制备致密度呈梯度分布的多孔碳化硅，n为≥2的整数，n个碳化硅预制体的致密度呈梯度变化，碳化硅预制体的制备方法包括：将硅粉、碳粉和造孔剂混合，压制。
可以理解，梯度变化指梯度递增或梯度递减，即将碳化硅铝基复合材料用作电子封装材料时，与芯片一端相邻的碳化硅铝基复合材料中的碳化硅预制体的致密度最高，而与封装壳体一端相邻的碳化硅铝基复合材料中的碳化硅预制体的致密度最低。
在本申请中，n的具体值不做限定，根据电子封装材料的实际需求选择合适的值即可，例如，n还可以为3、4、5等。
在一些实施方式中，硅粉中硅原子与所述碳粉中碳原子的原子个数比为(1～1.2)：1，还可以为1.05:1、1.1:1、1.15:1、1.18:1。通过调控硅原子个数多于碳原子个数，一方面，可以确保碳粉被反应完全，无残留；另一方面，多余的硅原子可以和造孔剂分解留下的碳单质反应生成碳化硅，进一步促进了多孔碳化硅的烧结，使得在低温低压下便可以制备满足渗流强度需求的多孔碳化硅。
在本申请中，造孔剂的含量根据碳化硅预制体所需的致密度进行设定即可。在一些实施方式中，按照占碳粉、硅粉和造孔剂总量的致密度计，造孔剂的含量为10％～50％，且在n个碳化硅预制体中，造孔剂的含量呈梯度变化。
在一些实施方式中，n个碳化硅预制体的致密度分别为20％～70％中的任意值。优选地，n为2，且2个碳化硅预制体的致密度不同。
在本申请中，碳化硅预制体的厚度及尺寸可以根据所需电子封装材料的性能进行设计，n个碳化硅预制体的厚度可以相同，也可以不同，还可以呈梯度递增或梯度递减的变化。在一些实施方式中，n个碳化硅预制体的厚度分别独立地为5mm～50mm。
在本申请中，造孔剂的选择标准主要是在高温下反应形成气体和其他易挥发性物质以及碳单质，不会残留其他杂质组分。在一些实施方式中，造孔剂包括尿素、聚乙烯醇及淀粉中的一种或多种。
在一些实施方式中，碳粉和造孔剂的平均粒径分别独立地选自＜30μm的任意值；
硅粉的平均粒径分别独立地选自＜50μm的任意值。按照上述方式调控碳粉、硅粉和造孔剂的平均粒径，可以确保形成的碳化硅预制体中碳化硅颗粒的平均粒径在5μm～100μm。
在本申请中，将硅粉、碳粉和造孔剂混合的方式不做限制，以能够混合均匀为准。在一些实施方式中，采用球磨工艺将硅粉、碳粉和造孔剂混合，其中球磨的转速可以为100rpm～200rpm，球磨时间可以为1h～10h。
在一些实施方式中，压制为先冷压，再热压，所述热压的压力为0.05MPa～5MPa，温度为50℃～300℃。
在一些实施方式中，热压烧结的压力为0.05MPa～5MPa，烧结温度为1400℃～2000℃，烧结时间为1h～5h。
在一些实施方式中，在热压烧结前，还包括预热压步骤，所述预热压的条件包括：压力为0.05MPa～5MPa，温度为50℃～265℃，时间为0.5h～1h。
进一步地，预热压可以为分段预热压，其中分段预热压的条件具体可以如下：先在0.05MPa～5MPa、20℃～50℃下预热压20min～30min，再在0.05MPa～5MPa、50℃～265℃下预热压40min～60min。
在一些实施方式中，在将n个碳化硅预制体层叠设置之前，还包括对碳化硅预制体进行打磨的步骤，以使其表面平整光滑。其中，打磨的方式可以为砂纸打磨。
步骤S200：采用渗流法使多孔碳化硅和铝基体形成碳化硅铝基复合材料。
在本申请中，铝基体既可以是单一成分的纯铝金属基体，也可以是添加了其他元素的铝合金基体。具体地，铝合金基体选自铝硅镁合金基体或铝镁合金基体。优选地，铝合金基体为铝硅镁合金基体。铝合金基体中镁元素的引入有利于使镁元素和氧化铝反应生成多孔氧化镁和尖晶石相，从而可以增强铝基体的流动性和润湿性；铝合金中硅元素的添加有利于增加铝液的凝固潜热，从而增加铝液的流动性。更优选地，在铝硅镁合金中，镁元素的质量百分比为2％～5％，硅元素的质量百分比为5％～12％。
为了促进铝基体在多孔碳化硅中的渗流，还包括将铝基体预热到600℃以上的步骤。
在一些实施方式中，渗流法具体为无压真空渗流或压力渗流。其中，无压真空渗流的温度为700℃～1000℃，时间为1h～5h；压力渗流的压力为3MPa～10MPa，温度为600℃～800℃，时间为1h～5h。
在一些实施方式中，铝基体与多孔碳化硅的质量比为1：(1～2.7)。
如图1所示，按照一个具体的实施方式，碳化硅铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将硅粉、碳粉和造孔剂混合，压制，制备n个碳化硅预制体，n为≥2的整数，n个碳化硅预制体的致密度呈梯度变化；
2)将n个碳化硅预制体打磨后，层叠设置并热压烧结，制备致密度呈梯度分布的多孔碳化硅；
3)将铝基体在600℃以上的条件下预热；
4)将步骤3)中预热后的铝基体置于步骤2)中制得的多孔碳化硅的上方，采用渗流法使多孔碳化硅和铝基体形成碳化硅铝基复合材料。
第二方面，本申请还提供一种如第一方面所述的制备方法制得的碳化硅铝基复合材料。
上述碳化硅铝基复合材料中碳化硅在铝基体中呈梯度分布，且每个梯度中碳化硅都能够均匀分布于铝基体中。即靠近芯片的一端碳化硅的含量较高，靠近封装壳体一端的碳化硅的含量较低。因此，其兼具有低的热膨胀系数、较高的导热性以及优异的可焊接性。
第三方面，本申请进一步提供一种如第二方面所述的碳化硅铝基复合材料作为电子封装材料的应用。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例1
1)按照硅、碳原子个数比为1.05:1称取硅粉和碳粉，其中硅粉50g，按照尿素占硅粉、碳粉和尿素总量的质量分数为20％称取尿素，其中，硅粉的平均粒径为25μm、碳粉的平均粒径为25μm、尿素的平均粒径为10μm。将上述硅粉、碳粉和尿素混合，冷压，随后于140℃、0.2MPa下热压30min，得到碳化硅预制体a，其中碳化硅预制体a的致密度为60％；
2)按照硅、碳原子个数比为1.05:1分别称取分别称取硅粉和碳粉，其中硅粉50g，按照尿素占硅粉、碳粉和尿素总量的质量分数为10％称取尿素，其中，硅粉的平均粒径为25μm、碳粉的平均粒径为25μm、尿素的平均粒径为10μm。将上述硅粉、碳粉和尿素混合，冷压，随后于140℃、0.2MPa下热压30min，得到碳化硅预制体b，其中碳化硅预制体b中碳化硅的致密度为75％；
3)分别采用400目砂纸打磨碳化硅预制体a和碳化硅预制体b，超声清洗，烘干，然后将碳化硅预制体a和碳化硅预制体b层叠放置，得到梯度结构的碳化硅预制体；
4)将步骤3)中制得的碳化硅预制体于140℃、0.2MPa下热压30min后，再于165℃、0.2MPa下热压1h，随后升温至1850℃，并在0.5MPa热压1h，得到梯度结构的多孔碳化硅，其中，碳化硅预制体a的厚度为10mm，碳化硅预制体b的厚度为5mm；
5)将步骤4)中制得的梯度结构的多孔碳化硅放置在石墨坩埚中，将200g的Al-5Mg合金放置在多孔碳化硅上方，在900℃下真空无压渗流3h，得到梯度结构的碳化硅增强铝基复合材料，其微观组织如2图所示，由图2可以看碳化硅的致密度呈现明显的区域分布，图2中左侧碳化硅的致密度为60％，图2中右侧碳化硅的致密度为75％。
本实施例制得的碳化硅增强铝基复合材料的相关性能如下：
采用激光热导仪测试碳化硅增强铝基复合材料的导热系数为180W/(m k)，采用热膨胀仪测得化硅增强铝基复合材料在热膨胀系数为6.8×10-6/K。
实施例2
1)按照硅、碳原子个数比为1.15:1称取硅粉和碳粉，其中硅粉50g，硅粉、碳粉和聚乙烯醇总量的质量分数为15％称取聚乙烯醇，其中，硅粉的平均粒径为25μm、碳粉的平均粒径为25μm、尿素的平均粒径为10μm，聚乙烯醇的分子量为2.5万。将上述硅粉、碳粉和聚乙烯醇混合，冷压，随后于90℃、0.1MPa下热压1h，得到碳化硅预制体a，其中碳化硅预制体a的致密度为70％；
2)按照硅、碳原子个数比为1.15:1称取硅粉和碳粉，其中硅粉50g，硅粉、碳粉和聚乙烯醇总量的质量分数为15％称取聚乙烯醇，其中，硅粉的平均粒径为25μm、碳粉的平均粒径为25μm、尿素的平均粒径为10μm。将上述硅粉、碳粉和尿素混合，冷压，随后于90℃、0.1MPa热压30min，得到碳化硅预制体b，其中碳化硅预制体b的致密度为60％；
3)分别采用400目砂纸打磨碳化硅预制体a和碳化硅预制体b，超声清洗，烘干，然后将碳化硅预制体a和碳化硅预制体b层叠放置，得到梯度结构的碳化硅预制体；
4)将步骤3)中制得的碳化硅预制体于250℃、0.1MPa下热压1h后，再于2000℃、0.1MPa下热压1.5h，得到梯度结构的多孔碳化硅，其形貌图如图3所示。其中，碳化硅预制体a的厚度为5mm，碳化硅预制体b的厚度为10mm。
5)将步骤4)中制得的梯度结构的多孔碳化硅放置在石墨坩埚中，将200g的Al-12Si-5Mg合金放置在多孔碳化硅上方，在800℃、5MPa下加压渗流3h，得到梯度结构的碳化硅增强铝基复合材料。
本实施例制得的碳化硅增强铝基复合材料的相关性能如下：
采用激光热导仪测试碳化硅增强铝基复合材料的导热系数为176W/(m·k)，采用热膨胀仪测得热膨胀系数为7×10-6/K。
实施例3
1)按照硅、碳原子个数比为1.15:1称取硅粉和碳粉，其中硅粉50g，硅粉、碳粉和淀粉总量的质量分数为15％称取淀粉，其中硅粉的平均粒径为10μm、碳粉的平均粒径为25μm、淀粉的平均粒径为10μm。将上述硅粉、碳粉和淀粉混合，冷压，随后于265℃、0.1MPa下热压1h，得到碳化硅预制体a，其中碳化硅预制体a的致密度为70％；
2)按照硅、碳原子个数比为1.15:1称取硅粉和碳粉，其中硅粉50g，硅粉、碳粉和淀粉总量的质量分数为25％称取淀粉，其中，硅粉的平均粒径为10μm、碳粉的平均粒径为25μm、淀粉的平均粒径为10μm。将上述硅粉、碳粉和淀粉混合，冷压，随后于250℃、0.1MPa下热压1h，得到碳化硅预制体b，其中碳化硅预制体b的致密度为50％；
3)分别采用400目砂纸打磨碳化硅预制体a和碳化硅预制体b，超声清洗，烘干，然后将碳化硅预制体a和碳化硅预制体b层叠放置，得到梯度结构的碳化硅预制体；
4)将步骤3)中制得的碳化硅预制体于265℃、0.1MPa下热压1h后，再于2000℃、0.1MPa下热压3h，得到梯度结构的多孔碳化硅，其中，碳化硅预制体a的厚度为5mm，碳化硅预制体b的厚度为10mm，其结构示意图如图4所示；
5)将步骤4)中制得的梯度结构的多孔碳化硅放置在石墨坩埚中，将200g的Al-12Si-3Mg合金放置在多孔碳化硅上方，在900℃下真空无压渗流3h，得到梯度结构的碳化硅增强铝基复合材料。
本实施例制得的碳化硅增强铝基复合材料的相关性能如下：
采用激光热导仪测试碳化硅增强铝基复合材料的导热系数为170W/(m·k)，采用热膨胀仪测得热膨胀系数为8×10-6/K。
实施例4
1)按照硅、碳原子个数比为1.15:1称取硅粉和碳粉，其中硅粉50g，按照占硅粉、碳粉和聚乙烯醇总量的质量分数为25％称取聚乙烯醇，其中，硅粉的平均粒径为50μm、碳粉的平均粒径为25μm、聚乙烯醇的平均粒径为1μm。将上述硅粉、碳粉和聚乙烯醇混合，冷压，随后于90℃、0.1MPa下热压1h，得到的碳化硅预制体a，其中碳化硅预制体a的致密度为50％，预制体形貌图如图6所示；
2)按照硅、碳原子个数比为1.2:1称取硅粉和碳粉，其中硅粉50g，按照占硅粉、碳粉和聚乙烯醇总量的质量分数为30％称取聚乙烯醇，其中，硅粉的平均粒径为50μm、碳粉的平均粒径为25μm、聚乙烯醇的平均粒径为1μm。将上述硅粉、碳粉和聚乙烯醇混合，冷压，随后于90℃、0.1MPa下热压1h，得到的碳化硅预制体b，其中碳化硅预制体b的致密度为40％；
3)分别采用400目砂纸打磨碳化硅预制体a和碳化硅预制体b，超声清洗，烘干，然后将碳化硅预制体a和碳化硅预制体b层叠放置，得到梯度结构的碳化硅预制体；
4)将步骤3)中制得的碳化硅预制体于90℃、0.1MPa下热压1h后，再于1850℃、0.1MPa下热压2h，得到梯度结构的多孔碳化硅，其中，碳化硅预制体a的厚度为10mm，碳化硅预制体b的厚度为10mm，其XRD图如图5所示；
5)将步骤4)中制得的梯度结构的多孔碳化硅放置在石墨坩埚中，将300g的Al-12Si合金放置在多孔碳化硅上方，在800℃、5MPa下加压渗流，得到梯度结构的碳化硅增强铝基复合材料。
本实施例制得的碳化硅增强铝基复合材料的相关性能如下：
采用激光热导仪测试碳化硅增强铝基复合材料的导热系数为160W/(m·k)，采用热膨胀仪测得热膨胀系数为1×10-5/K。
对比例1
对比例1的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)中硅、碳原子个数比为0.9:1。
本实施例制得的碳化硅增强铝基复合材料的相关性能如下：
采用激光热导仪测试碳化硅增强铝基复合材料的导热系数为50W/(m·k)，采用热膨胀仪测得热膨胀系数为15×10-6/K。
对比例2
对比例2的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)中硅、碳原子个数比为1.3:1。本对比例制得的多孔碳化硅的扫描电镜图如图6所示。
本实施例制得的碳化硅增强铝基复合材料的相关性能如下：
采用激光热导仪测试碳化硅增强铝基复合材料的导热系数为140W/(m·k)，采用热膨胀仪测得热膨胀系数为9×10-6/K。
对比例3
将100g平均粒径40um的碳化硅粉末振实，在900℃下通过Al-12Si-3Mg进行真空无压渗流3h，得到碳化硅体积分数为60％的碳化硅增强铝基复合材料。
采用激光热导仪测试碳化硅增强铝基复合材料的导热系数为150W/(m·k)，采用热膨胀仪测得热膨胀系数为8.5×10-6/K。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可用于解释权利要求的范围。
Claims (11)
1.一种碳化硅铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将n个碳化硅预制体层叠设置后，热压烧结，制备致密度呈梯度分布的多孔碳化硅，n为≥2的整数；以及
采用渗流法使所述多孔碳化硅和铝基体形成碳化硅铝基复合材料；
n个所述碳化硅预制体的致密度呈梯度变化，各个所述碳化硅预制体的制备方法包括：
将硅粉、碳粉和造孔剂混合，压制。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅粉中硅原子与所述碳粉中碳原子的原子个数比为(1～1.2)：1。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，n个所述碳化硅预制体的致密度分别为20％～70％中的任意值。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照占所述碳粉、所述硅粉和所述造孔剂总量的致密度计，所述造孔剂的含量为10％～50％，且在n个所述碳化硅预制体中，所述造孔剂的含量呈梯度变化。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂包括尿素、聚乙烯醇及淀粉中的一种或多种。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳粉和所述造孔剂的平均粒径分别独立地选自＜30μm的任意值；
所述硅粉的平均粒径分别独立地选自＜50μm的任意值。
7.如权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述多孔碳化硅中，n个所述碳化硅预制体的厚度分别独立地为5mm～50mm。
8.如权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热压烧结的压力为0.05MPa～5MPa，烧结温度为1400℃～2000℃；
可选地，在所述热压烧结前，还包括预热压步骤，所述预热压的条件包括：压力为0.05MPa～5MPa，温度为50℃～300℃。
9.如权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铝基体为铝金属基体或铝合金基体；
可选地，所述铝合金基体选自铝硅镁合金基体或铝镁合金基体；
可选地，所述铝基体与所述多孔碳化硅的质量比为1：(1～2.7)。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的碳化硅铝基复合材料。
11.如权利要求10所述的碳化硅铝基复合材料作为电子封装材料的应用。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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