泡沫碳/铜基或铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高导热泡沫碳/铜基或铝基复合材料及其制备方法，属于电子封装材料技术领域。该复合材料由30～50(v)％的泡沫碳，50～70(v)％的铜合金或铝合金组成；所述的泡沫碳的孔隙度为50～70％，泡沫碳的孔隙度与铜合金或铝合金的体积百分含量的数值相同。将装有泡沫碳的石墨模具放入真空压力熔渗炉中，当真空度达到0.01～1Pa，温度升至高于基体铜合金或铝合金熔点100～300℃时，将熔化的铜合金或铝合金液从中频感应炉浇注到石墨模具中压渗；炉冷，退模，得到复合材料。本发明专利技术中复合材料密度低，具有各向同性的热导性能、优异的可加工性，能够满足电子封装材料轻质、高导热、良好的尺寸稳定性等要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高导热，属于电子封装材料

技术介绍
泡沫碳是一种多孔轻质固态材料，在声学、热学、光学、电学和动力学等方面具有独特性质。泡沫碳有两种结构类型五边形十二面体结构和球形气孔状结构的，前者为非石墨化，具有很大的开孔和柱状韧带，此结构决定它有良好的保温性，而球形气孔状结构泡沫碳为典型韧带式网状球形开口结构，石墨层面沿孔壁方向规则排列，孔泡均勻分布，因此具有各向同性的导热性能，其热导率可达50-200W/mK，热膨胀系数仅有1. 15-4X 10_6/°C，有很好的尺寸稳定性，此类高导热泡沫碳应用于热交换器、催化剂载体、电极材料、航天航空等诸多领域。由于浙青基高导热泡沫炭的独特结构和优异性能，将其孔泡填充其他材料制备出复合材料。比如USP7157109和USP6037032中均提及将相变材料，如醋酸、Ge-Si等填充到浙青基的高导热泡沫碳中，制备的复合材料用做热沉，这种热沉材料在工作过程中，利用了填充材料在相变点温度下只吸放热量而保持温度不变的特点，将工作器件的热量快速储存，同时通过泡沫碳的韧带将热量传导周边环境中。USP5770127提到在封闭的弹性袋子中置入一定形状的炭泡沫(炭泡沫包括了各种碳或石墨的泡沫体)，带子内抽真空，打开一端的阀门注入树脂，待其凝固后取出，得到泡沫碳复合材料，所用的树脂包括热固树脂和热塑树脂，与其他碳纤维复合材料相比具有各向同性的优点。泡沫碳材料本身由于孔泡的存在整体的热导率为50_200W/mK，而韧带为层状石墨，平行于片层方向的热导率为2000W/mK，所以如果将泡沫碳的孔泡内填充导热良好的金属，在热传导过程中，形成两种连通的导热通道，大大增加了导热效率。并且复合材料的密度比基体金属低，热膨胀系数降低，易加工，与其他碳纤维复合材料相比，具有各向同性的导热性能。如果同时可以解决复合材料中存在界面润湿的问题，将大大降低由于界面带来的热阻。因此高导热泡沫碳金属基复合材料有望应用于电子封装材料领域。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供了一种高导热泡沫碳/铜基或铝基复合材料。该复合材料的导热效率大大增加，并且复合材料的密度比基体金属低，热膨胀系数降低，易加工，与其他碳纤维复合材料相比，具有各向同性的导热性能。同时解决了复合材料中存在的界面润湿的问题，大大降低了由于界面带来的热阻。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的—种泡沫碳/铜基或铝基复合材料，其组成和体积百分含量为30 50%的泡沫碳，50 70%的铜合金或铝合金；所述的泡沫碳的孔隙度为50 70%，泡沫碳的孔隙度 (% )与铜合金或铝合金的体积百分含量的数值相同。一种优选技术方案，其特征在于所述的泡沫碳为石墨化的结构，具有高的热导率。泡沫碳的热导率为130-150W/mK。一种优选的技术方案，其特征在于所述的铜合金或铝合金为添加Cr、Ti、W、B或 Mo碳化物形成元素的铜合金或铝合金。一种优选的技术方案，其特征在于所述的铜合金或铝合金中，Cr、Ti、W、B或Mo碳化物形成元素的添加量为0. 05wt% -Iwt %。本专利技术的另一目的是提供一种高导热泡沫碳/铜基或铝基复合材料的制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案一种泡沫碳/铜基或铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤(1)将泡沫碳放入石墨模具中，铜合金或铝合金放入真空压力熔渗炉的中频感应炉中，泡沫碳的体积百分含量为30 50%，铜合金或铝合金为50 70%，泡沫碳的孔隙度为50 70%，泡沫碳的孔隙度(％ )与铜合金或铝合金的体积百分含量数值相同；(2)将装有泡沫碳的石墨模具放入真空压力熔渗炉中，抽真空，同时升温；(3)当真空压力熔渗炉真空度达到0.01 lPa，温度升至高于基体合金熔点 100 300°C时，开始将熔化的金属液从中频感应炉浇注到石墨模具中压渗；(4)炉冷，退模，得到泡沫碳/铜基或铝基复合材料。一种优选技术方案，其特征在于步骤(1)所述泡沫碳为石墨化的结构，具有高的热导率。泡沫碳的热导率为130-150W/mK。一种优选技术方案，其特征在于步骤⑴所述的铜合金或铝合金为添加Cr、Ti、 W、B或Mo碳化物形成元素的铜合金或铝合金。一种优选技术方案，其特征在于所述的铜合金或铝合金中，Cr、Ti、W、B或Mo碳化物形成元素的添加量为0. 05wt% -Iwt %。本专利技术的优势在于(1)本专利技术中的泡沫碳为石墨化泡沫碳，具有高的比热导率，石墨层面沿孔壁方向规则排列，孔泡均勻分布，内联立体石墨化网状结构使其具有各向同性的导热性能，远远超过一维或二维方向传热的各向异性的碳纤维和炭/炭复合材料，此外泡沫碳的热膨胀系数低，只有(1. 15-4)X10_6/°C，具有很好的尺寸稳定性。拥有70 90%的孔隙度，是一种轻质的高导热材料，同时独特的孔泡结构使其具有微波吸收性能。(2)本专利技术将高导热的金属渗入石墨化的泡沫碳孔隙中，制备出组织致密的复合材料，在热传导过程中，使得泡沫碳和高导热金属的导热性能均得到发挥，并且整体复合材料的导热性能得到提高。(3)本专利技术通过在金属基体中添加Cr、Ti、W、B或Mo等合金元素有效的改善了金属基体与泡沫碳的界面结合，降低界面热阻。本专利技术的复合材料密度低，具有各向同性的热导性能、优异的可加工性，能够满足电子封装材料轻质、高导热、良好的尺寸稳定性等要求。下面通过附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明，但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。附图说明图1为本专利技术的泡沫碳/铜基或铝基复合材料制备方法的流程图。具体实施例方式实施例1原料孔隙度为50%的泡沫碳，泡沫碳为石墨化的结构，热导率为150W/mK左右 (铜和铝的比导热率分别为45W/mK和54W/mK) ；Cu-0. 5Cr合金。将孔隙度为50%的泡沫碳放入石墨模具中，Cu-0. 5Cr合金放入真空压力熔渗炉的中频感应炉中，泡沫碳的体积百分含量为50%，铜铬合金为50%；将装有泡沫碳的石墨模具放入真空压力熔渗炉中，抽真空，同时升温，当真空压力熔渗炉真空度达到0. 05Pa，温度升高至1200°C (铜铬合金的熔点为1080°C )时开始将熔化的铜铬合金液从中频感应炉浇注到石墨模具中压渗，炉冷，退模，制备的泡沫碳/铜基复合材料的密度为5. 45g/cm3，热导率为220W/mK，热膨胀系数为10. 3X 10_6/K。实施例2原料孔隙度为60%的泡沫碳，泡沫碳为石墨化的结构，热导率为140W/mK左右； Cu-0. ITi 合金。将孔隙度为60%的泡沫碳放入石墨模具中，Cu-0. ITi合金放入真空压力熔渗炉的中频感应炉中，泡沫碳的体积百分含量为40%，铜钛合金为60% ；将装有泡沫碳的石墨模具放入真空压力熔渗炉中，抽真空，同时升温，当真空压力熔渗炉真空度达到0. OlPa，温度升高至1200°C (铜钛合金的熔点为1080°C )时开始将熔化的铜钛合金液从中频感应炉浇注到石墨模具中压渗，炉冷，退模，制备的泡沫碳/铜基复合材料的密度为5. 42g/cm3，热导率为210W/mK，热膨胀系数为9. 9X 10_6/K。实施例3原料孔隙度为70%的泡沫碳，泡沫碳为石墨化的结构，热导率为130W/mK左右； A1-0. 2B 合金。将孔隙度为70%的泡沫碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张习敏，郭宏，尹法章，褚克，范叶明，韩媛媛，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：