本发明专利技术公开了一种分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备，包括进料装置、冷却炉管和至少两节加热炉管，各加热炉管依次连接，进料装置与第一节加热炉管对接，冷却炉管与最后一节加热炉管连接，每节加热炉管内设有输料螺杆，输料螺杆对应设有旋转驱动装置，最后一节加热炉管内的输料螺杆的螺距沿着输料方向逐渐减小，最后一节加热炉管内的温度设定为金属铝液相线以上的温度。本发明专利技术混合物料在炉管内依次经过多级加压加温搅拌，再叠加输料螺杆增压可以使混合物料的晶粒重排，最终形成均匀性好、密度高、机械加工性能优异的硅铝复合材料，解决传统加压浸渗制备高硅铝合金的材料分层问题，实现了连续式制备。实现了连续式制备。实现了连续式制备。
【技术实现步骤摘要】
一种分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备
[0001]本专利技术涉及高硅铝合金制备设备，尤其涉及一种分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备。
技术介绍
[0002]随着现代电子信息技术、大规模集成电路器件的迅速发展，电子器件集成度和功率越来越高，器件的散热成为阻碍集成电路迅速发展的关键，需要热膨胀系数小、导热系数高的新型轻质电子封装材料，传统的电子封装材料已经不能满足现代电子技术发展的需求。高硅铝合金(Si
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wt.％≥90％)因其Al基体与增强相Si相比例可调，具有较低的热膨胀系数、较高热导率、较低密度等优势，可以与GaAs或Si等芯片材料相匹配，并且我国硅、铝的含量相当丰富，硅粉的制备技术成熟、成本低廉，对环境没有污染，对人体无害，高硅铝合金成为一种具有广阔应用前景的新型电子封装材料。随着国家对电子系统需求的增加，高硅铝合金的连续式批量化生产显得尤为迫切。
[0003]现阶段制备高硅铝硅合金的方法主要有：熔炼铸造法、喷射沉积法、粉末冶金法、浸渗法。(1)熔炼铸造制备的高硅铝合金，由于加热温度较高，初晶硅含量较多，会使得铸态显微组织中初晶硅异常粗大，Si相晶粒呈多面状、纵横比较高，对基体割裂严重，材料的力学性能较差。另外，粗大的初晶硅与共晶硅会阻碍金属Al液的流动，会在材料内部形成大量的缩松缩孔，热物理性能差异较大，使得制备成品率较低，不适合大规模制备。
[0004](2)粉末冶金法制备高硅铝合金，是用快速凝固技术制备铝硅粉末，装入模具中经冷压、除气后加热到固液两相区进行真空热压或热等静压制成复合材料铸锭，再通过挤压、轧制等二次加工制成型材或零件。这种方法可以显著改善合金显微组织、减少偏析、提高合金固溶度，但是合金中的硅含量低于80％，导致合金材料热膨胀系数仍然较高，无法满足更高硅含量的硅铝合金(Si
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wt.％≥90％)的生产要求。
[0005](3)喷射沉积法是通过快速凝固的方式，实现Al
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Si合金液的快速冷却，获得晶粒细小、组织均匀的材料，是目前市场上应用最广泛的生产方法。喷射沉积技术的主要优势在于其快速凝固的特性和真空条件的外部环境，可以大大减少晶粒生长的可能性，并且降低颗粒氧化程度，得到在Al基体中均匀分布Si相颗粒的材料组织。其次，喷射沉积法可以不受材料本身固溶极限的限制，提高Si相在Al基体中的固溶度。但是，这种制备工艺过程复杂，制备过程较难控制，喷射的金属液滴不稳定，增强体颗粒在沉积过程中存在失态流动，造成有效结合率较低，原材料损失大，沉积速度较慢，主体设备及辅助机械使用维护成本高，材料致密度较差，无法直接应用，需要后续致密化处理，生产周期长，成本较高，难以规模化生产，只能间歇式生产；
[0006](4)浸渗法分为无压浸渗法和压力浸渗法。无压浸渗法由于对设备要求不高，制造成本低，适合于材料大批量生产，但是由于铝与硅之间的润湿性较差，铝液无法完全浸入Si增强相当中，很容易在复合材料内产生气孔，使得制备的材料机械性能较差。而压力浸渗法是通过机械加压或压缩气体加压，使得基体金属熔体浸入增强体间隙，可以解决增强材料
和金属液不润湿而浸渗不完全的问题，但是传统的加压方式容易导致硅和铝的分层，造成合金的不均匀化，因此限制此生产工艺的应用。
[0007]简而言之，以上各方法存在如下问题：
[0008](1)熔炼铸造法制备的合金力学性能较差，成品率较低，不适合规模化生产。
[0009](2)粉末冶金法制备的合金热膨胀系数较高，无法满足更高硅含量的硅铝合金(Si
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wt.％≥90％)的生产要求。
[0010](3)喷射沉积法制备工艺过程复杂，制备过程较难控制，沉积速度较慢，生产周期长，成本较高。
[0011](4)浸渗法分为无压浸渗法和压力浸渗法，其中无压浸渗法制备合金的材料机械性能较差，压力浸渗法制备合金容易导致硅和铝的分层，造成合金的不均匀化。
技术实现思路
[0012]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可形成均匀性好、密度高、机械加工性能优异的硅铝复合材料，解决传统加压浸渗制备高硅铝合金的材料分层问题的分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备。
[0013]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0014]一种分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备，包括进料装置、冷却炉管和至少两节加热炉管，各加热炉管依次连接，所述进料装置与第一节加热炉管对接，所述冷却炉管与最后一节加热炉管连接，每节加热炉管内设有输料螺杆，所述输料螺杆对应设有旋转驱动装置，最后一节加热炉管内的输料螺杆的螺距沿着输料方向逐渐减小，且最后一节加热炉管内的温度设定为金属铝液相线以上的温度。
[0015]作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却炉管上设有进气管，第一节加热炉管上设有出气管。
[0016]作为上述技术方案的进一步改进，所述进料装置包括进料仓、振动器和电动卸料阀，第一节加热炉管外壁上设有炉管进料口，所述进料仓的出料口与炉管进料口对接，所述电动卸料阀设于进料仓的出料口，所述振动器设于进料仓的侧壁上。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进，每个输料螺杆对应设有导热装置，所述导热装置包括导热进油管和导热出油管，所述输料螺杆内部设有导油通道，所述导热进油管和导热出油管通过双向旋转接头与导油通道连接。
[0018]作为上述技术方案的进一步改进，所述加热炉管为耐热不锈钢管。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进，所述加热炉管外套有加热丝，所述加热丝外套有保温层。
[0020]作为上述技术方案的进一步改进，最后一节加热炉管内的输送螺杆采用哈氏合金C
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276材质；其余的输送螺杆采用耐热不锈钢材质，且表面设有碳化钨涂层。
[0021]作为上述技术方案的进一步改进，相邻两节加热炉管垂直布置。
[0022]作为上述技术方案的进一步改进，每节加热炉管上设有用于检测温度的热电偶。
[0023]作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转驱动装置包括电机、减速机、主链轮、从链轮和链条，所述减速机与输料螺杆的一端连接，所述从链轮设于减速机的输出轴上，所述主链轮设于电机的输出轴上，所述链条绕设在主链轮和从链轮上。
[0024]本专利技术的核心创新点在于：(1)通过多级螺杆加压加温搅拌，将硅铝混合物料在恒温区加热至金属铝液相线以上温度，固态的Al相和Al
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Si共晶相会全部融化成液态，其流动性大大增强，并开始包覆没有融化的Si相，液态相开始润湿固态相，在界面张力与毛细作用力的作用下，使得液态金属铝内填充到硅粉微粒与硅粉微粒之间(硅骨架)，使混合物料的晶粒重排，塑性较好的相发生塑性流动，可以获得几乎完全致密的组织。(2)由于Al活性较高，在制粉时表面不可避免地会形成氧化膜，合金元素的相互扩散受到阻碍，难以形成冶金粘结，通过多级输料螺杆输送，将铝粉表面的氧化层破碎，使硅粉和铝粉之间通过焊合而牢本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备，其特征在于：包括进料装置(1)、冷却炉管(3)和至少两节加热炉管(2)，各加热炉管(2)依次连接，所述进料装置(1)与第一节加热炉管(2)对接，所述冷却炉管(3)与最后一节加热炉管(2)连接，每节加热炉管(2)内设有输料螺杆(4)，所述输料螺杆(4)对应设有旋转驱动装置(5)，最后一节加热炉管(2)内的输料螺杆(4)的螺距沿着输料方向逐渐减小，且最后一节加热炉管(2)内的温度设定为金属铝液相线以上的温度。2.根据权利要求1所述的分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备，其特征在于：所述冷却炉管(3)上设有进气管(71)，第一节加热炉管(2)上设有出气管(72)。3.根据权利要求2所述的分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备，其特征在于：所述进料装置(1)包括进料仓(11)、振动器(12)和电动卸料阀(13)，第一节加热炉管(2)外壁上设有炉管进料口，所述进料仓(11)的出料口与炉管进料口对接，所述电动卸料阀(13)设于进料仓(11)的出料口，所述振动器(12)设于进料仓(11)的侧壁上。4.根据权利要求1至3任意一项所述的分级加压浸渗连续式制备高硅铝合金的设备，其特征在于：每个输料螺杆(4)对应设有导热装置(6)，所述导热装置(6)包括导热进油管(61)和导热出油管(62)，所述输料螺杆(4)内部设有导油通道，所述导热进油管(61)和导热出油管(62...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏飞，曾帅强，程继发，周时宇，熊健，刘秋生，
申请(专利权)人：湖南烁科热工智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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