CN1262336A - 高导热低膨胀复合材料及其制备工艺 - Google Patents

高导热低膨胀复合材料及其制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN1262336A
CN1262336A CN 00111439 CN00111439A CN1262336A CN 1262336 A CN1262336 A CN 1262336A CN 00111439 CN00111439 CN 00111439 CN 00111439 A CN00111439 A CN 00111439A CN 1262336 A CN1262336 A CN 1262336A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zrw2o8
thermal
expansibility
powder
copper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 00111439
Other languages
English (en)
Other versions
CN1100155C (zh
Inventor
孔向阳
曾振鹏
吴建生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN00111439A priority Critical patent/CN1100155C/zh
Publication of CN1262336A publication Critical patent/CN1262336A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1100155C publication Critical patent/CN1100155C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

一种高导热低膨胀复合材料及其制备工艺,以高导热特性铜Cu与负膨胀特性钨酸锆ZrW2O8为组元复合材料,采用化学镀工艺,在ZrW2O8粉体表面包覆铜层,掺杂微量超细石墨C粉,球磨混合过筛后采用冷等静压成型,再采用微波烧结的工艺,获得致密的Cu/ZrW2O8复合材料。本发明工艺简单合理,制得的复合材料有较高的致密度和较好的热稳定性,可以用作超大规模集成电路以及电子器件基片材料。

Description

高导热低膨胀复合材料及其制备工艺
本发明涉及一种复合材料的制备工艺，尤其涉及一种具有高导热性与低膨胀特性的复合材料及其制造方法，可用作超大规模集成电路以及电子器件基片材料，属于电子材料技术领域。
在电子器件中，材料的散热性与热应力引起的热失效问题，已受到越来越多的材料科学家的关注。研制一种同时具有高导热性与低膨胀特性的复合材料，成为超大规模集成电路基片材料研究的热点。近年来，C.Verdon and D.C.Dunand等提出Cu/ZrW2O8体系的复合材料有可能同时具备上述特性(Scripta Mater.36，1997，p1075)。由于Cu是高导热性材料，而ZrW2O8是一种在很大的温度范围内(0.3～1050K)，具有较大的各向同性负膨胀系数(-8.9×10-6)的材料(J.S.O.Evans，T.A.Mary，A.W.Sleight，et al.Chem.Mater.8，1996，p2809)，这两者相结合制备的复合材料，被期望同时具有高导热性与低膨胀特性。然而，这两种材料的复合存在着烧结问题。由于ZrW2O8在室温下是亚稳的，在750℃左右将发生分解，而且在700℃左右烧结时，Cu与ZrW2O8将发生反应，生成多种氧化物，这些问题将使ZrW2O8失去负膨胀行为，达不到预期的目的，而选择低温烧结往往达不到致密化。
本发明的目的在于针对上述技术的不足，提出一种新的复合材料制备工艺，使制得的复合材料具有高导热、低膨胀的特性，更适应现代科技发展的需要。
为实现这样的发明目的，本发明在技术方案中以高导热特性铜Cu与负膨胀特性立方相钨酸锆ZrW2O8为主要原料，掺杂微量超细石墨粉C，采用微波烧结工艺，获得Cu/ZrW2O8反应程度较低的致密度相对较高的复合材料。
微波烧结工艺是近些年来材料制备与研究中相当有效的方法，其原理是利用高频微波能与材料的介电耦合效应，迅速整体加热材料，具有升温速度快，热滞后性小等特点，这种材料加工方法还能在较低的烧结温度下完成致密化过程。本发明的技术方案中采用这一工艺，在较低的温度下完成化学镀Cu包覆ZrW2O8粉体的致密化过程，并有效地控制了Cu与ZrW2O8反应，制造的复合材料具有高导热、低膨胀特性。
本发明制备复合材料的主要原料为：
采用湿化学法自制的α-ZrW2O8粉末(纯度约为98％，含小于1％左右的ZrO2，粒度分布为0.5～2.5μm)为原料，(α-ZrW2O8粉末的制备工艺见孔向阳等《硅酸盐学报》27卷，(1999)p265)。
采用化学镀的方法在α-ZrW2O8粉体表面包覆铜层，使铜层尽可能包覆α-ZrW2O8粉体的表面，形成含体积分数40～50％左右的复合粉体。
市售超细石墨粉，粒径范围在1～5μm。
本发明采用的工艺步骤如下：
1、将铜包覆α-ZrW2O8复合粉体与少量超细石墨粉(体积分数约为0.2～0.5％)，湿法球磨24小时混合均匀，干燥过200目筛，在不锈钢模具中冷压成型，再冷等静压，压力为200～400Mpa。
2、将试样置于2.45GHz、2KW的微波炉中，采用Al2O3作埋粉，以隔绝空气，防止试样高温下剧烈氧化。微波炉腔体为多模腔，模式为TE103，微波经波导自下而上辐射。实验采用微波混合加热的模式，在Al2O3埋粉中均匀分布SiC陶瓷片，利用SiC室温下强吸收微波能，快速升温的特点，加热坯体试样。利用光纤测温传感器测量试样表面温度。通过调节微波磁控管的输出功率，以及腔体的反射功率，控制微波炉腔体内电磁场的场强和温度，改变用作吸收微波能的负载SiC陶瓷片的多少以控制微波腔体内的升温速度。实验中，控制微波磁控管的输出功率在1KW以上，尽量减小反射功率，使烧结温度560～620℃，保温时间为30～60分钟。用阿基米德排水法测定试样密度，试样的相结构用X射线衍射仪测定，用热分析膨胀仪与热导率仪，测定样品从室温到200℃温度范围内的热膨胀系数与热导率。
采用上述工艺，获得的Cu/ZrW2O8复合材料相对密度为92～95％，主要成分为Cu与ZrW2O8，但还含有一定的铜的氧化物和锆氧化物，以及一些未知相。Cu/ZrW2O8复合材料结构与性能特征如下：
热膨胀系数为6.8×10-6/K，导热系数为114W/m·K，密度为7.12～7.22g/cm3，气孔率为5～8％左右；主要相成分为：铜含量占35～42vol.％，
          立方相ZrW2O8占50～60vol.％，
          其他氧化物约占5～8vol.％；
三点弯曲室温强度180±40MPa。
由此可见，本发明采用上述工艺制备的Cu/ZrW2O8复合材料，具有较高的致密度，在室温到200℃有很好的热稳定性，并具有高热导、低膨胀等特性，是一种适用于大规模集成电路用的基片的新型复合材料。
下面通过具体的实施例进一步说明本发明的效果。
实施例1
采用化学镀的工艺，将铜包覆自制的α-ZrW2O8制成复合粉体，其中铜含量约占42vol.％。取200g Cu/ZrW2O8复合粉体过筛200目，与过筛200目超细石墨粉0.5g混合，加750ml无水乙醇，湿法球磨24小时，混合均匀，干燥过200目筛，在不锈钢模具中冷压成型，再冷等静压，压力为250MPa，试样的尺寸为φ10×40mm2。
将试样置于2.45GHz、2KW的多模腔微波炉中，采用Al2O3作埋粉，以隔绝空气，在Al2O3埋粉中均匀分布SiC陶瓷片，作微波吸收耦合负载。控制微波磁控管的输出功率在1KW以上，使吸收功率保持在0.8KW，光纤测温传感器测量试样表面温度为580℃，保温时间为30分钟，关闭微波磁控管微波能输出，出炉后空气冷却。
实验测得试样具有很好的热稳定性，其特征性能平均值如表1。
    表1方案一微波烧结Cu/ZrW2O8复合材料的综合性能性能    密度    气孔  主要相成分       室温强度     热膨胀系数    热导率
  (g/cm3)   率                      (MPa)      (×10-6/K)   (W/m·K)
                  铜：38vol.％，平均   7.16      6％  α-ZrW2O8：56       194          6.8          114值                    vol.％，
                  其他6vol.％
实施例2
采用另一种化学镀的工艺，将铜包覆自制的α-ZrW2O8制成复合粉体，其中铜含量约占48vol.％。将Cu/ZrW2O8复合粉体采用微波烧结，其工艺过程与特点与实施例一相同。制得的复合材料试样的特征性能如表2。
    表2方案二微波烧结Cu/ZrW2O8复合材料的综合性能性能    密度     气孔    主要相成分      室温强度   热膨胀系数      热导率
  (g/cm3)    率                       (MPa)    (×10-6/K)    (W/m·K)
                      铜：41vol.％，平均   7.16       8％     α-ZrW2O8：52    184          7.3           125值                        vol.％，
                      其他7vol.％

Claims (2)

1、一种高导热低膨胀复合材料，其特征在于以高导热特性铜Cu与负膨胀特性立方相钨酸锆ZrW2O8为主要原料，掺杂微量超细石墨粉C，其中铜Cu在复合材料中所占的体积分数为40～60％。
2、一种如权利要求1所说的高导热低膨胀复合材料的制备工艺，其特征在于采用化学镀工艺，在ZrW2O8粉体表面包覆铜层，使复合粉体中Cu所占的体积分数为40～60％；将复合粉体掺杂微量超细石墨C粉，所占的体积分数为0.2～0.5％，球磨混合过筛，采用冷等静压成型，成型压力为200～400Mpa；再采用微波烧结的工艺，烧结温度控制在560～620℃，保温30～60分钟。
CN00111439A 2000-01-13 2000-01-13 高导热低膨胀复合材料及其制备工艺 Expired - Fee Related CN1100155C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN00111439A CN1100155C (zh) 2000-01-13 2000-01-13 高导热低膨胀复合材料及其制备工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN00111439A CN1100155C (zh) 2000-01-13 2000-01-13 高导热低膨胀复合材料及其制备工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1262336A true CN1262336A (zh) 2000-08-09
CN1100155C CN1100155C (zh) 2003-01-29

Family

ID=4581350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN00111439A Expired - Fee Related CN1100155C (zh) 2000-01-13 2000-01-13 高导热低膨胀复合材料及其制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1100155C (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108103350A (zh) * 2017-12-23 2018-06-01 深圳万佳互动科技有限公司 铜基复合材料及其制备方法
CN115044901A (zh) * 2022-06-16 2022-09-13 西安工业大学 一种有序微孔耐磨自润滑涂层及其制备方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100348762C (zh) * 2004-07-06 2007-11-14 中南大学 铝基钨酸锆颗粒复合材料的制备方法
CN1301347C (zh) * 2005-01-25 2007-02-21 北京科技大学 一种负热膨胀材料ZrW2O8的单晶制备方法
CN100455535C (zh) * 2006-03-08 2009-01-28 江苏大学 一种ZrW2O8/Al2O3纳米复合材料的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108103350A (zh) * 2017-12-23 2018-06-01 深圳万佳互动科技有限公司 铜基复合材料及其制备方法
CN108103350B (zh) * 2017-12-23 2019-06-21 河北国工新材料技术开发有限公司 铜基复合材料及其制备方法
CN115044901A (zh) * 2022-06-16 2022-09-13 西安工业大学 一种有序微孔耐磨自润滑涂层及其制备方法
CN115044901B (zh) * 2022-06-16 2023-09-15 西安工业大学 一种有序微孔耐磨自润滑涂层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1100155C (zh) 2003-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. In-situ hot pressing/solid-liquid reaction synthesis of dense titanium silicon carbide bulk ceramics
Lo et al. Low temperature sintering and crystallisation behaviour of low loss anorthite-based glass-ceramics
WO2004108734A2 (en) Microwave processing of composite bodies made by an infiltration route
CN104926313A (zh) 一种高热导率反应烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法
Wu et al. Hot-pressing sintered BN-SiO2 composite ceramics with excellent thermal conductivity and dielectric properties for high frequency substrate
Fang et al. Enhancing densification of zirconia-containing ceramic-matrix composites by microwave processing
CN1100155C (zh) 高导热低膨胀复合材料及其制备工艺
CN109811177A (zh) 一种高导电高强度银-石墨烯复合材料的制备方法
Ramesh et al. Effect of microwave sintering on the properties of copper oxide doped Y-TZP ceramics
Perevislov Sintering behavior and properties of reaction-bonded silicon nitride
CN108658600B (zh) 一种Cu2-xS热电材料的超低温烧结方法
CN108409320A (zh) 一种双织构复合磁介电陶瓷材料及制备方法
Radhika et al. XPS and dielectric studies of phase pure AlN-BN composite ceramics using powder bed
Wu et al. Preparation and characterization of cordierite ceramic from coal series kaolin for electronic application
Chen Effect of ZnO addition on properties of cordierite-based glass-ceramics
Egorov et al. Millimeter-wavelength radiation used to sinter radiotransparent MgAl2O4 ceramics
Shang et al. Enhancing thermal and dielectric properties of MgO–Al2O3–SiO2–B2O3 glass-ceramics through CuO doping
Nakashima et al. Effects of nitrogen pressure on properties of sintered reaction‐bonded silicon nitride
Yu et al. Dependence of Nb doping on microstructure and mechanical properties of Al 2 O 3/Ti 3 SiC 2 composites
CN101560090A (zh) 硅酸镁陶瓷透波材料及其制备方法
Li et al. Effects of ZnO on crystallization, microstructures and properties of BaO–Al 2 O 3–B 2 O 3–SiO 2 glass–ceramics
Chen et al. Low-temperature-sintering and characterization of glass-ceramic composites
Oh et al. Microstructure and mechanical properties of cordierite ceramics toughened by monoclinic ZrO 2
Roslyk et al. Porous Ti3AlC2 MAX phase enables efficient synthesis of Ti3C2Tx MXene
Shi et al. Preparation and properties of Zr2WP2O12 with negative thermal expansion without sintering additives

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee