一种AlN/W-Cu层状梯度复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种AlN/W

【技术实现步骤摘要】
一种AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属基复合材料制备领域，具体涉及一种AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]W
‑
Cu功能梯度材料的一侧是高熔点、高硬度的W或低含量Cu的W
‑
Cu，另一侧是高导热导电和较好塑性的Cu或高含量Cu的W
‑
Cu。通过W和Cu成分的连续分布，降低了由于W和Cu的熔点、弹性模量和热膨胀系数(αCu≈4αW)之间的差异而导致的机械和热性能的不匹配。因此W
‑
Cu功能梯度材料具备了多种优异性能，能够满足日益苛刻的使用环境，在大功率微波器件中作为热沉材料，以及在大变流器中作为触头材料具有广泛的应用潜力。然而，随着电子技术的发展，W
‑
Cu功能梯度材料在用作电子封装的热沉材料时，热导率的提高成为亟需解决的问题之一，且高比重的W
‑
Cu复合材料也往往难以满足大众对电子产品轻量化和小型化的需求。
[0003]研究表明，在W
‑
Cu功能梯度材料中添加其它高导热、低密度成分的第二相如石墨烯、金刚石、SiC、碳纳米管等是解决上述问题的有效途径之一。张成成等人采用流延
‑
热压法制备了均匀的W
‑
Cu
‑
SiC复合材料和七层W
‑
Cu
‑
SiC梯度复合材料，该梯度材料改变了梯度材料中W
‑
Cu
‑
SiC的组分，有效地降低了梯度复合材料的界面热应力和残余应力。(Chengcheng Zhang,Qiang Shen,Jian Zhang,et al.Improved parallelism of graded W
‑
Cu
‑
SiC materials by adjusting the coefficient of thermal expansion[J].Ceramics International,2020,46:9714
‑
9721.)。张桥等人采用真空脉冲渗碳和熔渗法，制备了具有WC@W核壳结构的W
‑
Cu
‑
WC梯度复合材料，该梯度材料具有良好的耐磨性和高温强度。(Q Zhang,S.H Liang,L.C Zhuo.Fabrication and properties of the W
‑
30wt％Cu gradient composite with W@WC core
‑
shell structure[J].Journal of Alloys and Compounds,2017,708:796
‑
803.)
[0004]AlN作为一种陶瓷材料，具有低的密度(3.26g/cm3)、高的导热率(320W/m
·
K)、低的热膨胀系数(4.5
×
10
‑6/℃)、高温下材料强度高、硬度高且具有优良的抗热冲击性能等优点，已在微波功率器件、高温封装等领域得到广泛应用。将AlN陶瓷粉末引入W
‑
Cu梯度复合材料的各层中，有望进一步降低材料的密度及提高整体热导率，使其更好地满足电子封装材料对热量传输以及轻量化和小型化的需求。然而，由于AlN与Cu的润湿性较差，在界面处易产生孔隙或裂缝。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的上述问题，本专利技术旨在提供一种AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料及其制备方法。本专利技术首先采用湿化学法在AlN颗粒表面进行金属化形成均匀致密的W覆层，以改善AlN与金属间的润湿性，提高其与金属间的结合强度，进而提高W
‑
Cu层状梯度复合材料的综合性能。该AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料具有整体热导率高及密度低的优点，可更好地
满足电子封装材料对热量传输以及轻量化和小型化的需求。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供一种AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料，其中，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料是由表面被W覆盖AlN颗粒与Cu熔合形成的，并且由多层构成，在各层中，基于100wt％的层状梯度复合材料，AlN的含量为1wt％～10wt％，优选2wt％～6wt％；W的含量为0wt％～99wt％，优选为50wt％
‑
90wt％；Cu含量为0wt％～99wt％，优选为10wt％～50wt％，并且，的W和Cu在各层中呈以相反趋势的梯度分布。例如，从底层至顶层，各层中的W的含量呈现升高的趋势，而各层中的Cu的含量呈现降低的趋势；反之亦然。
[0007]优选地，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料的层数为3～20层。
[0008]优选地，相邻层之间Cu含量的梯度差值为5～20wt％。
[0009]所述的AlN粉末的粒度为0.05～2μm
[0010]优选地，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料由AlN、Cu和W组成。
[0011]优选地，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料的致密度为95％以上，优选96％以上，更优选97％以上，进一步更优选98％以上。
[0012]优选地，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料的热导率为240～300W/(m
·
K)，优选250～290W/(m
·
K)。
[0013]根据本专利技术的第二方面，提供了一种AlN/W
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Cu层状梯度复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0014]步骤一、制备AlN/W粉末混合料
[0015]将钨前体盐溶于去离子水，加入络合剂和分散剂，调节溶液pH为2以下，搅拌直至得到含钨的溶胶；将AlN粉末加入到所述溶胶中，并加入无水乙醇继续搅拌使其均匀分散，在烘箱中完全干燥后置于马弗炉中煅烧，制得AlN/WO3粉末混合料；将所得AlN/WO3粉末混合料还原制得AlN/W粉末混合料；
[0016]步骤二、制备AlN/W
‑
Cu粉末混合料
[0017]按照设计的层状梯度复合材料各层的成分质量比，称取各层所需Cu粉和步骤一所得AlN/W粉末混合料，置于混料机中混合均匀，得到各层所需的AlN/W
‑
Cu粉末混合料；
[0018]步骤三、制备AlN/W
‑
Cu层状生坯
[0019]利用干粉铺叠法，按照Cu含量由低到高的顺序，将步骤二所得各层AlN/W
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Cu粉末混合料于模具中分层依次平铺，压制成形后制得AlN/W
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Cu层状生坯；
[0020]步骤四、制备AlN/W<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料，其中，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料是由表面被W覆盖AlN颗粒与Cu熔合形成的，并且由多层构成，在各层中，基于100wt％的各层的总质量，AlN的含量为1wt％～10wt％，优选2wt％～6wt％；W的含量为0wt％～99wt％，优选为50wt％
‑
90wt％；Cu含量为0wt％～99wt％，优选为10wt％～50wt％，并且，各层中的W和Cu的含量分别呈现相反趋势的梯度分布。2.根据权利要求1所述的AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料，其中，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料的层数为3～20层；优选地，相邻层之间的Cu含量的梯度差值为5wt％～20wt％。3.根据权利要求1或2所述的AlN/W
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Cu层状梯度复合材料，其中，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料由AlN、Cu和W组成；优选地，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料的致密度为95％以上，优选96％以上，更优选97％以上，进一步更优选98％以上；优选地，所述AlN/W
‑
Cu层状梯度复合材料的热导率为240～300W/(m
·
K)，优选250～290W/(m
·
K)。4.一种制备根据权利要求1至3中任一项所述的AlN/W
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Cu层状梯度复合材料的方法，其包括如下步骤：步骤一、制备AlN/W粉末混合料将钨盐溶于去离子水，加入络合剂和分散剂，调节溶液pH为2以下，搅拌直至得到含钨的溶胶；将AlN粉末加入到所述溶胶中，并加入无水乙醇继续搅拌使其均匀分散，在烘箱中完全干燥后置于马弗炉中煅烧，制得AlN/WO3粉末混合料；将所得AlN/WO3粉末混合料还原制得AlN/W粉末混合料；步骤二、制备AlN/W
‑
Cu粉末混合料按照设计的层状梯度复合材料各层的成分质量比，称取各层所需Cu粉和步骤一所得AlN/W粉末混合料，置于混料机中混合均匀，得到各层所需的AlN/...

【专利技术属性】
技术研发人员：程继贵，许荡，杨光，陈鹏起，陈睿智，魏邦争，周锐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：