一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于材料技术领域，公开了一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法和应用。该铝基碳化硅复合材料包括以下原料：α碳化硅粉、β碳化硅粉、至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物、成型助剂；α碳化硅粉包括粒径为120

【技术实现步骤摘要】
一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料
，特别涉及一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铝基碳化硅复合材料，是一种低密度，低膨胀系数，高导热率，高耐磨的金属陶瓷复合材料，常用于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)封装、雷达封装管壳等。
[0003]通常铝基碳化硅复合材料使用空气气氛烧结的多孔碳化硅骨架，再通过加压浸渗铝合金得到。该类工艺制备的碳化硅表面生成较厚氧化层，所用烧结助剂常为硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐等，导热率偏低，只能达到160
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180W/(m
·
K)，同时热膨胀系数偏高，为8
‑
11ppm/K。另外，还有将碳化硅与硅反应烧结、与碳化硼固相烧结，通常形成闭孔，不应用于铝基碳化硅复合材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法和应用，该铝基碳化硅复合材料具有良好的导热率和热膨胀系数。
[0005]本专利技术的第一方面提供一种铝基碳化硅复合材料，包括以下原料：α碳化硅粉、β碳化硅粉、至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物、成型助剂；所述α碳化硅粉包括粒径为120
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200μm的α碳化硅粉一、36
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75μm的α碳化硅粉二和8
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15μm的α碳化硅粉三，所述α碳化硅粉的纯度≥99.5％。
[0006]专利技术人在长期的生产研究中发现，使用β碳化硅粉为烧结助剂，避免了氧化烧结，烧结活性高，导热好，杂质低，同时添加有至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物，以减轻与铝合金浸渗过程的界面反应，提高了铝基碳化硅复合材料的导热率。另外，专利技术人还发现，若采用氮化铝、氮化硅陶瓷进行非氧化烧结，由于氮化物有自润滑特性，会阻碍浸渗，导致铝基碳化硅复合材料导热率不高，甚至无法渗入。
[0007]优选地，按照质量分数计，包括以下原料：α碳化硅粉90
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95％、β碳化硅粉1％
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10％、至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物0.1％
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2％、成型助剂2％
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6％。
[0008]优选地，按照质量分数计，所述α碳化硅粉包括粒径为120
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200μm的α碳化硅粉一60％
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90％、36
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75μm的α碳化硅粉二10％
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35％和8
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15μm的α碳化硅粉三5％
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20％。
[0009]优选地，所述β碳化硅粉的纯度≥99.8％。
[0010]优选地，所述至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物选自碳酸锂、氧化镁、二氧化硅、氧化铝中的至少两种。更为优选地，所述至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物选自碳酸锂和氧化镁。
[0011]优选地，所述成型助剂包括PVA(聚乙烯醇)、PEG(聚乙二醇)、糊精、面粉中的至少一种。本专利技术以水性环保粘结剂为成型助剂，不需要添加传统造孔剂。
[0012]本专利技术的第二方面提供本专利技术所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将各原料混合，成型，得到生坯；
[0014]将所述生坯进行真空烧结，得到多孔碳化硅骨架；
[0015]将所述多孔碳化硅骨架与铝合金进行无压浸渗，得到所述铝基碳化硅复合材料。
[0016]本专利技术铝基碳化硅复合材料的制备方法中，气氛对烧结影响非常关键，只有真空烧结可以达到本专利技术目的，由于β碳化硅活性高，高温下仍然会少量与氮气、氩气等惰性气体反应，导致碳化硅骨架强度低，后续无法渗铝。
[0017]优选地，所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018]S1、将粒径为120
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200μm的α碳化硅粉一、36
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75μm的α碳化硅粉二、8
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15μm的α碳化硅粉三、β碳化硅粉、至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物和成型助剂混合，加入到球磨机中充分球磨1
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4h，得到浆料；
[0019]S2、将所述浆料倒入干燥机中烘干，过筛，然后填入干压模具中成型，得到生坯；
[0020]S3、将所述生坯放入真空炉中，经排胶，真空烧结，得到气孔率为65％
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75％的多孔碳化硅骨架；
[0021]S4、将所述多孔碳化硅骨架放入浸渗炉中，在所述多孔碳化硅骨架的上方放置铝合金块，无压浸渗，得到所述铝基碳化硅复合材料。
[0022]优选地，所述成型的压力为30
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100MPa。
[0023]优选地，所述排胶的温度为300
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500℃，保温时间为6
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12h。
[0024]优选地，所述真空烧结的真空度在10pa以下，烧结升温速率为10℃/min～15℃/min，烧结温度为1350
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1440℃，保温时间为1
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2h。
[0025]优选地，所述无压浸渗的温度为600
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850℃，保温时间为1
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4h。
[0026]优选地，所述铝合金包括但不限于2024、7075、ZL101A、ZL104铝合金。
[0027]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0028]本专利技术以粒径为120
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200μm的α碳化硅粉一、36
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75μm的α碳化硅粉二和8
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15μm的α碳化硅粉三，多种粒径搭配组成的高纯度α碳化硅粉为基本原料，通过添加β碳化硅粉、至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物为烧结助剂，添加水性环保粘结剂为成型助剂，通过非氧化烧结工艺制备得到气孔均匀、强度良好的多孔碳化硅骨架(气孔率65％
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75％)，然后再与铝合金无压浸渗，制备得到铝基碳化硅复合材料，导热率可达到250
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270W/(m
·
K)，热膨胀系数低至7.0
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8.0ppm/K。
具体实施方式
[0029]为了让本领域技术人员更加清楚明白本专利技术所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本专利技术要求的保护范围不构成限制作用。
[0030]以下实施例中所用的原料、试剂如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
[0031]实施例1
[0032]一种铝基碳化硅复合材料，按照质量分数计，包括以下原料：α碳化硅粉90％、β碳化硅粉4％、碳酸锂0.5％、氧化镁0.5％、10wt％PVA水溶液4％，面粉1％；其中，α碳化硅粉的
纯度为99.5％，由粒径为120
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200μm的α碳化硅粉一70％、36本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝基碳化硅复合材料，其特征在于，包括以下原料：α碳化硅粉、β碳化硅粉、至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物、成型助剂；所述α碳化硅粉包括粒径为120
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200μm的α碳化硅粉一、36
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75μm的α碳化硅粉二和8
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15μm的α碳化硅粉三，所述α碳化硅粉的纯度≥99.5％。2.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料，其特征在于，按照质量分数计，包括以下原料：α碳化硅粉90
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95％、β碳化硅粉1％
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10％、至少含有锂、镁、硅、铝中两种元素的混合物0.1％
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2％、成型助剂2％
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6％。3.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料，其特征在于，按照质量分数计，所述α碳化硅粉包括粒径为120
‑
200μm的α碳化硅粉一60％
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90％、36
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75μm的α碳化硅粉二10％
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35％和8
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15μm的α碳化硅粉三5％
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20％。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光辉，陈凤艳，梁裕华，田孟茹，
申请(专利权)人：广东昭信照明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：