基于辐照损伤扩散合金化的铜/钼/铜复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于辐照损伤扩散合金化的铜/钼/铜复合材料，是以钼金属板为基体，将铜金属元素按照一定的剂量和能量注入到经过打磨、脱脂处理、酸洗活化处理和表面化学刻蚀处理的钼金属板状材料中，并采用电镀的方法在钼金属板表面覆铜，然后再进行氩气保护下的高温退火工艺，使铜金属元素扩散渗入到钼金属板中，钼金属与铜金属之间产生界面扩散层，形成铜/钼/铜界面的冶金结合，其中，铜金属厚度为20μm，基体钼金属厚度为1mm，其点焊时焊接（界面）强度达到73MPa。本发明专利技术获得的铜/钼/铜复合材料工艺简单，生产效率高，电镀表面致密均匀，材料的致密度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属基复合材料的制备技术，特别涉及一种铜/钥/铜复合材料的制备方法
技术介绍
钥是高熔点金属，具有优良高温强度保持性，低比热，低热膨胀系数，并且耐热冲击性能好，钥的密度还具有高的弹性模量，可适用于高度高、质量轻的用途，铜具有高的导电、导热性能，但钥是体心立方结构，铜是面心立方结构，其钥铜是互不相溶，各自在组分上保持相对独立。钥铜复合材料即具有钥高强度、低膨胀系数的特点，又有铜优异的导热导电性能它能很好的与电子器件中的硅基片、砷化镓等材料匹配封接，又能避免热应力引起的热疲劳失效，又具有良好的导热性能，因此可广泛的用于电子封装、热沉材料以及一些大功率基础电流模块上。还可以应用在微波、通讯、射频、航空航天、电子电力、大功率激光器等行业，是我国高端电子产品开发与生产的基础。作为金属基复合材料的一种，层状金属基复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学和力学性能不同的金属在界面上实现牢固冶金而制备的一种新型材料。目前层状金属复合材料的制备方法主要有涂饰法和包覆法。制备钥铜复合材料的方法主要有机械合金化、机械热化学法、氧化物共还原法、溶胶-凝胶法等。但是这些制备方法基本上都是基于相互固溶的合金体系，利用了加热促使原子之间发生扩散形成界面层制备出层状金属基复合材料。而钥-铜是互不固溶体系，生成热为+28KJ/mol，很难发生扩散实现合金化，上述方法不适用。因此有必要研究一种新的铜/钥/铜层状金属基复合材料的制备技术。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种基于辐照损伤扩散合金化的铜/钥/铜复合材料及制备方法。通过采用金属等离子注入工艺将铜金属离子注入到经过打磨、脱脂处理、酸洗活化处理和表面化学刻蚀处理的钥金属板状材料中，采用电镀的方法在钥金属板表面覆铜，最后再进行氩气保护下的高温退火，使铜金属元素扩散渗入到钥金属板中，形成铜/ 钥/铜界面的冶金结合，从而获得了具有高界面结合强度的铜/钥/铜层状金属基复合材料。为了解决上述技术问题，本专利技术基于辐照损伤扩散合金化的铜/钥/铜复合材料，是以钥金属板为基体经过铜金属等离子注入，再进行电镀铜和高温退火工艺制成，铜金属厚度为20 ym，基体钥金属厚度为1mm，其中钥金属与铜金属之间产生了界面扩散层，该铜/钥/铜复合材料点焊时的焊接强度达到73MPa。其制备方法包括以下步骤钥金属板的预处理钥金属板经过打磨、脱脂处理和酸洗活化处理后，用去离子水清洗并真空干燥；铜金属等离子注入在离子注入机上将铜金属等离子注入上述钥金属板中，铜金属等离子注入剂量为1. 7X1017ionS/cm2，注入能量为120KeV ;将注入有铜离子的钥金属板在离子注入机的真空室中放置16小时后取出；钥金属板表面电镀铜将上述经过铜金属等离子注入的钥金属板为阴极，铜为阳极，在铜盐镀液中进行电镀，实现钥金属板表面覆铜；氩气保护退火在I个大气压的氩气保护下，在气氛退火炉中于900°C温度下保温4小时进行退火。进一步讲，铜金属等离子注入的工艺参数为弧压升至12v，触发压升至16v，负压升至2KV，高压升至60KV，注入过程中不断调节触发频率，并保持束流密度为2.0 2. 5uA cnT2，真空度保持在I X KT3Pa以下。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是本专利技术提供的铜/钥/铜复合材料是通过离子注入产生辐照损伤，再通过电镀法和退火烧结制备表面均匀致密，界面结合性好的复合材料。本专利技术获得的铜/钥/铜复合材料工艺简单，生产效率高；由于退火烧结过程不但使铜向钥金属基体中发生熔渗，也使电镀表面致密均匀，因此，所获得的复合材料致密度闻。附图说明图1为本专利技术铜金属等离子注入钥金属试样的装置示意图，其中1 一离子源，2 —离子束，3 —真空注入室，4 一试样，5 —靶盘，6 —真空扩散泵，7 —真空维持泵，8 —机械泵，9一闻压和系统控制柜；图2为本专利技术钥金属表面电镀铜装置示意图，其中10_渡槽，11-镀液，12-阳极，13-阴极，14-电源；图3为本专利技术实施例1制备的未进行退火处理的铜/钥/铜复合材料的表面微观形貌照片；图4为本专利技术实施例2制备的在氩气气氛炉中900°C温度下保温4小时的铜/钥/铜复合材料的表面微观形貌照片；图5为本专利技术实施例3制备的铜/钥/铜复合材料经过拉伸后的断面微观形貌照片;图6为本专利技术实施例4制备的铜/钥/铜复合材料焊接拉伸示意图，其中31_固定台，32-固定夹，33-复合材料，34-铜箔，35-焊点；图7为本专利技术实施例4制备的铜/钥/铜复合材料拉伸强度曲线。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。本专利技术一种基于辐照损伤扩散合金化的铜/钥/铜复合材料，以钥金属板为基体经过铜金属等离子注入，再进行电镀铜和高温退火工艺制成，铜金属厚度为20 u m，基体钥金属厚度为1mm，其中钥金属与铜金属之间产生了界面扩散层，其点焊时的焊接强度达到73MPa。上述铜/钥/铜复合材料的制备方法主要包括钥金属板的预处理(打磨、脱脂处理和酸洗活化处理)、铜金属等离子注入、钥金属板表面电镀铜和氩气保护退火；具体步骤如下钥金属板的预处理将钥金属板试样首先经过打磨，以使其表面状态均一，并除去氧化膜；随后将试样在脱脂液中进行脱脂处理，脱脂后将试样用流水反复冲洗，清洗后试样表面水膜状态均一，不挂液，即为脱脂成功；将脱脂后试样放入10%的硫酸溶液中进行处理，以进一步清除试样表面的氧化物，使试样裸露出纯钥金属，酸洗处理后的试样经过流水反复冲洗，并用去离子水清洗后进行真空干燥。铜金属等离子注入铜金属等离子注入是通过MEVVA II A-H源强流离子注入机(北京师范大学低能核物理研究所生产进行的，如图1所示，该离子注入机包括离子源1、真空注入室3、靶盘5、真空系统、高压和系统控制柜9 ;所述真空系统由真空扩散泵6、真空维持泵7和机械泵8组成，所述真空系统与真空注入室3通过阀门连接；所述靶盘5位于真空 注入室3内；所述离子源I位于真空注入室3上方并与所述靶盘5呈倾斜相对布置；所述离子源I包括有弧压、触发压和高压。注入时，打开金属离子注入机真空室3，将钥金属板试样4放在靶盘5上，启动真空系统抽真空，真空系统由真空扩散泵6、真空维持泵7和机械泵8组成，真空系统与真空注入室3用阀门连接。开始用机械泵8先抽低真空，当低真空达到IPa以下后用扩散泵6抽高真空，当高真空达到3 X KT3Pa后，开始调节工艺参数。打开离子源预热5分钟，在高压和系统控制柜9上将弧压升至12v，触发压升至16v。将弧压和触发压调完后，升负压至2kv，高压升至60kv，开始注入工作。注入过程中不断调节触发频率，保持束流密度为2. (T2. 5 u A ^nT2左右，注入期间真空度保持在lX10_3Pa以下。注入结束后，先不将注入有铜离子的钥金属板试样取出，而是放在真空注入室3中16小时后，再打开该真空注入室取出。钥金属板表面电镀铜本专利技术选用焦磷酸盐镀铜，所用各种试剂均为化学纯，镀液用去离子水配制。将上述经过铜金属等离子注入的钥金属板试样为阴极，铜为阳极；镀液的pH值控制在9. 0左右较宜，为便于试剂操作，本专利技术奖PH值控制在8. 5-9. 5之间，镀液配方及工艺条件为焦磷酸铜80g/L，焦磷酸钾300g/L，柠檬酸铵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于辐照损伤扩散合金化的铜/钼/铜复合材料，其特征在于：以钼金属板为基体经过铜金属等离子注入，再进行电镀铜和高温退火工艺制成；铜金属厚度为20μm，基体钼金属厚度为1mm，钼金属与铜金属之间形成有界面扩散层；点焊时的焊接强度达到73MPa。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄远，刘贞贞，何芳，肖婵，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：