一种采用差压真空铸造技术制备CuSiCp复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用差压真空铸造技术制备CuSiCp复合材料的方法，按体积百分数计算，包含以下组分：30～35％的铝合金，65～70％的SiC颗粒；预先制备SiC预制型，SiC预制型所占复合材料比重为65～70％；而后将SiC预制型装入模型，通过压力将预先熔化好的铜液压入SiC预制型中；最后在一定压力差下，冷却凝固，制备出CuSiCp复合材料。通过本发明专利技术采用的制造技术，复合材料变形量小，导热能力高，可确保加工的尺寸稳定性。制造过程简单，易于操作，可实现大批量生产等的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种采用差压真空铸造技术制备CuSiCp复合材料的方法
本专利技术属于金属基复合材料领域，具体涉及一种采用差压真空铸造技术制备Cu/SiCp复合材料的方法。
技术介绍
以SiC颗粒与铜合金复合而成的Cu/SiCp复合材料具有广阔的应用前景。由于SiC颗粒具有高比强度和高比模量，热膨胀系数低，有一定的导电和导热性能。而铜合金具有良好的导热、导电、延展性、塑性变形能力。因此，将两者复合而成的Cu/SiCp复合材料具有高的导热、导电、低的热膨胀系数和塑性变形，可广泛应用于电子封装、电接触、热稳定等领域。常见的制备Cu/SiCp复合材料的方法主要有：(1)固态法，最长见的为粉末冶金法，即将一定配比的SiC粉和Cu粉均匀混合后，用专用模具压制，烧结，最后制备成型。工艺复杂，制备成本高。(2)液态法，主要包括熔体搅拌法，制备方法简单，但容易形成气孔、夹杂、增强体分布不均等缺陷影响铸件质量。挤压法和真空压力浸渗法，两者都需要预先制备出SiC预制型，挤压法容易造成预制型中的气孔不易排出，而形成空洞、缩松。预制型易发生变形和位移等缺陷。真空压力浸渗技术，先把预制型内的空气抽出，在用气压把金属液压入模型内，使其浸渗预制型，等其凝固后开模取出。(3)共喷射沉积法，一种新的复合方法，其优点在于工艺快速，金属偏析和晶粒粗化得到抑制，避免有害界面反应，增强体分布均匀。缺点是原料被气流带走，复合材料空隙率高，酥松现象。工艺成本高，需专用设备不能直接制备成零件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种采用真空压力铸造工艺制备Cu/SiCp复合材料的新方法。本专利技术采用以下技术方案：一种采用差压真空铸造技术制备CuSiCp复合材料的方法，先采用粘结剂和造孔剂将SiC颗粒粘结在一起，然后采用干压成型方式将SiC颗粒制备成预制型件，将所述预制型件烘干、预烧结，将所述SiC预制件置于模型内预热，而后在真空差压铸造设备上，预先将所述模型内部的空气抽干净，使所述模型内部处于负压状态，而后将铜液渗入所述SiC预制件内部，结晶、凝固制备成CuSiCp复合材料。具体的，具体步骤如下：S1、称取质量百分数1.0～3.0％的聚二甲基硅氧烷、60.0～70.0％的聚乙烯醇、1.0～2.0％的十二烷基三甲基溴化铵、20.0～30.0％羟甲基丙基纤维素钠、2.0～3.0％的磷酸三丁酯作为原料，每种所述原料的纯度大于99.9％；S2、将步骤S1称取的所述原料倒入化胶机内，制成混合胶料；S3、按质量百分数2.0～10.0％称取步骤S2的所述混合胶料、90.0～98.0％的SiC颗粒备用，所述混合胶料和SiC颗粒的纯度大于99.9％；S4、将步骤S3所述混合胶料和SiC颗粒加入造粒机内，进行造粒，得到混合均匀的SiC造粒粉料；S5、将步骤S4制备的所述SiC造粒粉料，放置于干压模具内，压成片层SiC预制型；S6、将步骤S5制备的所述SiC预制型进行预热排胶，制成出孔隙率为30～35％的SiC预制型件；S7、将步骤S6制备的所述SiC预制型件放置在铸型内进行预热处理；S8、将步骤S7预热完成的所述SiC预制型件放置在差压铸造机上，将铜液通过压缩空气压入铸型内，保持上下压力室压力差，结晶凝固，打开铸型取出CuSiCp复合材料铸件。进一步的，步骤S2中，设定所述化胶机温度为80～100℃，搅拌速度为60～100转/min混合均匀。进一步的，步骤S5中，制备所述片层SiC预制型的压力为10MPa压力，保压时间为10～30s。进一步的，步骤S6中，在500～800℃，氮气气氛保护下，预热3～4h。进一步的，步骤S7中，所述SiC预制型件在氮气气氛保护下，预热到750～800℃，预热时间为5.0～6.0h。进一步的，步骤S8中，预先抽调压力室内的空气，使真空度达到-0.05MPa，铸型温度为770℃，铜液温度为1100～1200℃。更进一步的，所述上下压力室压力差为0.8～1.0MPa，持续时间为0～15min，。进一步的，步骤S8中所述CuSiCp复合材料由多孔结构SiC和铜合金组成，所述多孔结构SiC的体积百分数为65～70％，所述铜合金的体积百分数为30～35％。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术首先采用配比好的粘结剂、造孔剂等添加剂将SiC颗粒粘结在一起，采用干压成型方式，将SiC颗粒制备成一定形状的预制型件，接着将预制型件在一定温度下烘干、预烧结，排除造孔剂、粘结剂等添加剂在SiC预制件内部造成一系列微孔，并且，微孔为一系列开孔结构。最后，将SiC预制件置于事先准备好的模型内预热到一定温度，而后在真空差压铸造设备上，预先将模型内部的空气抽干净，使模型内部处于负压状态，而后铜液在一定压力的作用下，通过SiC预制件的微孔渗入SiC预制件内部，并在压力差作用下结晶和凝固，制备出CuSiCp复合材料，工艺简单，操作简便，生产成本低，设备要求低，预先达到的负压环境，仅需要0.8～1.0MPa的压力差就可以完全将铜液渗入到SiC预制件内部，并且结合良好，内部孔洞极少，铸型变形量少。工艺可控性高，可实现大批量生产。进一步的，设定化胶机的温度为50～100℃，搅拌速度为60～100转/min，保证溶质充分溶解，并且各溶质均匀混合。进一步的，片层SiC预制型的压力为10MPa压力，保压时间为10～30S，使混合胶料与SiC粉料之间的作用力加强，预制型件具有一定的机械强度。进一步的，将预制型件在500-800℃，氮气气氛保护下，预热3-4h，使得内部添加剂充分挥发，内部具有一系列的微孔，且微孔为开孔。进一步的，SiC预制型件在氮气气氛保护下，预热到750～800℃，预热时间为5.0～6.0h。确保预制件均匀受热，为浸渗做准备。进一步的，预先抽调压力室内的空气，使真空度达到-0.05MPa，铸型温度为700～850℃，铜液温度为1100-1200℃。排除气孔，增加组织致密性。铜液达到流动性最好状态，铸型温度合适浸渗。进一步的，上下压力室压力差为0.8～1.0MPa，持续时间为0～15min，在上下压力差的作用下铜液在升液管中匀速上升直至浸渗完成。综上所述，通过本专利技术采用的制造技术，复合材料变形量小，导热能力高，可确保加工的尺寸稳定性。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术用真空压力渗透铸造设备示意图；图2为本专利技术复合材料热导率对比示意图；图3为本专利技术方法流程图。其中：1.气源；2.真空系统；3.上压力罐；4.下压力罐；5.铸型；6.锁紧卡环；7.升液管；8.铜液；9.电阻加热炉。具体实施方式请参阅图1，本专利技术提供了一种采用差压真空铸造技术制备CuSiCp复合材料的方法采用的真空压力浸渗铸造设备包括铸型5、气源1、真空系统2、上压力罐3、下压力罐4和电阻加热炉9，其中，上压力罐3和下压力罐4之间设置锁紧卡环6，锁紧卡环6下部与升液管7连接，升液管7的另一端深入所述下压力罐4内的铜液8中，所述铸型5设置在上压力罐3内，所述气源1和真空系统2分别与所述上压力罐3和下压力罐4连接。仅需要0.8～1.0MPa的压力差就可以完全将铜液渗入到预制件内部，并且结合良好，内部孔洞极少，铸型变形量少，工艺可控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用差压真空铸造技术制备CuSiCp复合材料的方法，其特征在于：先采用粘结剂和造孔剂将SiC颗粒粘结在一起，然后采用干压成型方式将SiC颗粒制备成预制型件，将所述预制型件烘干、预烧结，将所述SiC预制件置于模型内预热，而后在真空差压铸造设备上，预先将所述模型内部的空气抽干净，使所述模型内部处于负压状态，而后将铜液渗入所述SiC预制件内部，结晶、凝固制备成CuSiCp复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种采用差压真空铸造技术制备CuSiCp复合材料的方法，其特征在于：先采用粘结剂和造孔剂将SiC颗粒粘结在一起，然后采用干压成型方式将SiC颗粒制备成预制型件，将所述预制型件烘干、预烧结，将所述SiC预制件置于模型内预热，而后在真空差压铸造设备上，预先将所述模型内部的空气抽干净，使所述模型内部处于负压状态，而后将铜液渗入所述SiC预制件内部，结晶、凝固制备成CuSiCp复合材料。2.根据权利要求1所述的一种采用差压真空铸造技术制备CuSiCp复合材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、称取质量百分数1.0～3.0％的聚二甲基硅氧烷、60.0～70.0％的聚乙烯醇、1.0～2.0％的十二烷基三甲基溴化铵、20.0～30.0％羟甲基丙基纤维素钠、2.0～3.0％的磷酸三丁酯作为原料，每种所述原料的纯度大于99.9％；S2、将步骤S1称取的所述原料倒入化胶机内，制成混合胶料；S3、按质量百分数2.0～10.0％称取步骤S2的所述混合胶料、90.0～98.0％的SiC颗粒备用，所述混合胶料和SiC颗粒的纯度大于99.9％；S4、将步骤S3所述混合胶料和SiC颗粒加入造粒机内，进行造粒，得到混合均匀的SiC造粒粉料；S5、将步骤S4制备的所述SiC造粒粉料，放置于干压模具内，压成片层SiC预制型；S6、将步骤S5制备的所述SiC预制型进行预热排胶，制成出孔隙率为30～35％的SiC预制型件；S7、将步骤S6制备的所述SiC预制型件放置在铸型内进行预热处理；S8、将步骤S7预热完成的所述SiC预制型件放置在差压铸造机上，将铜液通过压缩空气压入铸型内，保持上下压...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐健江，王鹏冲，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61