[发明专利]一种铝硅合金基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铝硅合金基复合材料及其制备方法和应用，涉及铝硅基复合材料技术领域。按质量百分数计，组分包括Si：5‑80％；Ti：0.01‑0.28％；Cu：0.01‑0.75％；Mg：0.01‑0.75％；SiC：5‑55％，余量Al。本发明铝硅合金基复合材料具有轻质(2.5‑2.8g/cm³)、高刚度(80‑200GPa)、高热导(120‑220W/m·K)、膨胀系数可调(4‑20×10^‑6/℃)等优异的综合性能，能够适应各种工况条件，大大提高芯片封装、微波器件与模块封装、T/R组件外壳、热沉产品的可靠性、稳定性，同时还可应用于航空航天、耐热等零件。

技术领域

本发明涉及铝硅基复合材料技术领域，特别是涉及一种铝硅合金基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着军事国防、航天航空、交通、电子、能源等产业的装备向轻量化、集成化和大功率发展。目前常用的电子封装材料的种类主要有铜、可伐合金和陶瓷材料，其中，铜及铜合金虽然有良好导热、导电性，但其密度较大；可伐合金的密度也较大，热导率偏低；陶瓷材料的热膨胀匹配性不尽如人意。航空航天等产业对高热导、轻质材料、良好加工性材料的需求越来越多，然而基于航空航天“克克计效”(在飞行器上，每1kg有效负载的成本高达50000英镑，对于通讯卫星就更要高出100倍)的状况，现有的材料难以满足使用要求。

因此，提供一种同时具备高刚度、高热导、膨胀系数可调并且低密度优良性能的铝硅合金基复合材料对于电子封装以及航空航天领域具有重要意义。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种铝硅合金基复合材料及其制备方法和应用，同时满足材料需具备高刚度、高热导、膨胀系数可调并且低密度的要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明技术方案之一，一种铝硅合金基复合材料，按质量百分数计，组分包括Si：5-80％；Ti：0.01-0.28％；Cu：0.01-0.75％；Mg：0.01-0.75％；SiC：5-55％，余量Al。

Si的添加：由于Si本身热膨胀系数(2.5×10^-6/K)较铝基体(22.6×10^-6/K)低很多，加入后，自然而然使得材料本身热膨胀系数降低；同时Si元素的添加，使具有良好塑性Al相含量减少,且添加的Si元素会以共晶硅或初晶硅的形式阻断Al基体,从而也会降低热膨胀系数。又由于Si元素添加过高，会导致加工性能降低，因此优选范围5-80％。

Mg元素的添加，在界面处产生MgO与MgAl₂O₄,阻止Al₄C₃有害产物的产生；Ti、Cu元素的添加，会降低界面张力，提高润湿结合性。但是含量不能过多，过多会降低导热系数和材料的稳定性。因此本发明限定Ti质量分数：0.01-0.28％、Cu质量分数：0.01-0.75％、Mg质量分数：0.01-0.75％。Si、Cu、Mg、Ti在Al/SiC界面发生反应，生成的产物可以改善Al与SiC的润湿结合。

SiC的添加，可将粉末形态的陶瓷与金属混合在一起，可以将二者的优良的性能综合起来，使其具有高热导、高刚度，低膨胀、低密度，良好的电镀性能，但是SiC添加量不能过多，过多可能会降低加工性能，增加使用成本，因此SiC质量分数：5-55％。

通过调整Si、SiC组份含量能够实现不同工况下对产品刚度、热膨胀、热导率、导电率、加工性等综合特性的设计需求。并且，由于材料中Si含量较高，能够提高刚度、耐磨度，因此只需添加更少量的SiC含量便能实现高刚度、高热导等性能，这样使得合金的加工性能要优于传统的SiC/Al基复合材料。

进一步地，所述铝硅合金基复合材料中杂质元素的含量≤0.10％。

进一步地，所述杂质元素中Fe元素的含量≤0.16％。