[发明专利]一种硅铝合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，特别涉及一种硅的质量分数介于25-90%的硅铝合金的制备方法。

背景技术

含有25-90%的硅（余者为铝）的硅/铝合金具有质量轻、热导率高的特性，在汽车、航空、航天、雷达以及民用电子工业中具有广泛的用途。然而，硅铝合金的制造工艺具有极大的难度，在常规铸造技术和粉末冶金技术中制备的硅铝合金组织中往往容易出现多角状或板状的初晶硅和针状的共晶硅，使材料的导热性能出现严重的不均匀性并降低材料的力学性能，限制了常规铸造和粉末冶金技术在硅铝材料制备技术中的应用。

目前，硅/铝材料的成熟制备方法主要有喷射沉积法，Osprey公司用喷射沉积加热等静压方法制备了组织结构均匀、性能优良、硅含量高达70%的Al-Si电子封装材料，并成功用于航天微波电路。但是喷射沉积方法成本较高，工艺参数难以控制，后续加工复杂，而且所得到的Al-Si电子封装材料中最大硅粒子直径在100mm左右，尺寸仍然偏大。

搅拌摩擦加工（Friction Stir Processing,FSP）是在搅拌摩擦焊技术基础上发展出来的一种新型热机械处理技术，是通过一个摩擦头在轴向压力的作用下与工件紧密接触、摩擦头在工件表面的高速旋转摩擦所产生的热量使被加工金属发生软化和塑性变形，在搅拌针机械搅拌的作用下金属发生流动，当摩擦头沿着一定的方向运动之后，所经过区域的被加工金属会发生显微组织显著细化、第二相均匀分布、微孔隙减小或消除等过程。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种硅铝合金的制备方法，将搅拌摩擦加工技术用于细化硅铝合金的显微组织，即将常规铸造技术或粉末冶金方法获得的硅铝粗晶组织细化，并消除粉末冶金制备材料中存在的致密度不足的缺陷，从而使传统的材料制备技术能够用于硅铝材料的生产。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、首先，用铸造方法制备出硅的质量百分数25%-90%、硅相尺寸0.2-20mm的硅铝材料，或者用粉末冶金方法制备出硅的质量百分数25%-90%、硅粒子尺寸0.1-1mm的硅铝材料；

步骤二、将步骤一的硅铝材料进行搅拌摩擦处理，具体工艺步骤和参数为：将硅铝块体固定在工作台上，用工具钢或硬质合金制工具作为摩擦头，摩擦头在工件表面施加10－100KN的轴向力，工作台的横向推力为10－80KN，摩擦头转速为200－1500转/分，摩擦头在样品表面的扫描速度为20～400毫米/分，经一至数次完整扫描后制得致密的、硅相尺寸位于0.5～50μm间的致密硅铝复合材料。

所述步骤一得到的硅铝材料焊接在铝片、铜片、硅片、碳化硅片、锗片、砷化镓片、氮化镓片或氮化铝片上再经步骤二的搅拌摩擦处理。

所述步骤一中的铸造方法，具体为：将占总重量25-90%的硅块与占总重量比为10-75%的铝块在冶炼炉中完全熔化，冶炼气氛可以是真空、氮气保护、氩气保护或常压，之后浇铸成或浇铸后机加工成厚度为0.5-10毫米的板状材料。

所述步骤一中的粉末冶金，具体为：将占总重量25-90%、粒径为1～100μm的硅粉与占总重量10-75%、粒径10～300μm的铝粉在混粉机中均匀混合，混合过程中可以加入1-5wt%成型剂或进行造粒，之后经过10-50MPa冷压，700-1100°C真空烧结获得硅铝块体材料。

本发明可以单独制备硅铝材料块体，也可以形成复合于铝片、铜片、硅片、碳化硅片、锗片、砷化镓片、氮化镓片、氮化铝片表面的细晶硅铝材料。

具体实施方式

实施例一

本实施例包括以下步骤：

步骤一、首先用粉末冶金方法制备出硅的质量百分数50%、硅粒子尺寸0.1-1mm的硅铝材料；

具体是：将占总重量50%、粒径为45～100μm的硅粉与占总重量50%、粒径45～100μm的铝粉在混粉机中均匀混合，混合过程中可以加入2wt%成型剂或进行造粒，之后经过40MPa冷压，1000°C真空烧结获得硅铝块体材料；

步骤二、将步骤一的硅铝材料经过搅拌摩擦处理，获得硅的质量百分数50%、硅相尺寸0.5～50μm的致密硅铝复合材料。