粉末冶金法制備高硅鋁合金的方法，包括以下步驟：S1，將工業(yè)鋁、晶體硅按重量比3:7～4:6混合，并添加成型粘結(jié)劑，所述成型粘結(jié)劑與工業(yè)鋁、晶體硅混合物按重量比1:100～3:100混合，制得混合粉末，其中，所述工業(yè)鋁的純度為99.5％以上，晶體硅純度為99.9％以上；S2，將步驟S1制得的混合粉末經(jīng)熱壓成型，制得成型胚；S3，將步驟S2制得的成型胚進行真空燒結(jié)，采用分段升溫，燒結(jié)結(jié)束后自然冷卻；S4，將燒結(jié)后的成型胚經(jīng)過擠壓成型，并自然冷卻后制得成品。本發(fā)明專利技術(shù)制得的高硅鋁合金成品中，硅的含量高達30％以上，從而獲得低膨脹系數(shù)、高熱傳導(dǎo)率的復(fù)合材料。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋁合金材料制備方法的
，尤其涉及一種采用粉末冶金法來制備高硅鋁合金的方法。
技術(shù)介紹
高硅鋁合金因其具有低膨脹、低密度、高熱導(dǎo)、高強度、高模量、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)異性能，用其制成各種高比強度、高比模量的輕型結(jié)構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車、船舶、機械、電子及化工等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的高硅硅合金制造工藝主要是基于相互熔融鑄造而獲得的，能耗巨大；其所制得的成品，晶粒粗大、成分易產(chǎn)生偏析且工藝設(shè)備復(fù)雜，無法適合于高性能要求的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路器件的迅速發(fā)展，集成度越來越高，功率也越來越大，器件的散熱成為阻礙集成電路迅速發(fā)展的關(guān)鍵，需要熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)高的新型輕質(zhì)電子封裝材料，傳統(tǒng)的電子封裝材料已不能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的需要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種粉末冶金法制備高硅鋁合金的方法。解決的技術(shù)問題為，現(xiàn)有的高硅鋁合金的制備的工藝、設(shè)備等復(fù)雜，且制得的產(chǎn)品性能難以適應(yīng)新的技術(shù)要求。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用了以下技術(shù)措施：粉末冶金法制備高硅鋁合金的方法，包括以下步驟：S1，將工業(yè)鋁、晶體硅按重量比3:7～4:6混合，并添加成型粘結(jié)劑，所述成型粘結(jié)劑與工業(yè)鋁、晶體硅混合物按重量比1:100～3:100混合，制得混合粉末，其中，所述工業(yè)鋁的純度為99.5％以上，晶體硅純度為99.9％以上；S2，將步驟S1制得的混合粉末經(jīng)熱壓成型，制得成型的毛坯；S3，將步驟S2制得的毛坯進行真空燒結(jié)，采用分段升溫，燒結(jié)結(jié)束后自然冷卻；S4，將燒結(jié)后的毛坯經(jīng)過擠壓成型，并自然冷卻后制得成品。本專利技術(shù)還可以通過以下技術(shù)措施進一步完善：作為進一步改進，所述制備混合粉末的步驟包括：S11，將工業(yè)鋁和晶體硅按重量比均勻混合后，將二者的混合物進行研磨，以純度99.9％以上的酒精為研磨介質(zhì)，將混合物研磨至15μm以下，且研磨后的混合物的中位粒徑為4.5μm～5.5μm；S12，將研磨后的混合物蒸干，然后添加成型粘結(jié)劑，制得混合粉末，其中，所述成型粘結(jié)劑為聚乙烯醇或羧甲基纖維素，且所使用的聚乙烯醇的分子量為6000。作為進一步改進，所述熱壓成型的步驟中，熱壓溫度為200℃～250℃，壓制壓強為250MPa～300MPa，保壓時間為5min～10min。作為進一步改進，所述熱壓成型的步驟中，保壓時間為10min。作為進一步改進，所述真空燒結(jié)的步驟中，燒結(jié)環(huán)境的真空度為1×10-2MPa～2×10-2MPa。作為進一步改進，所述真空燒結(jié)的步驟中，分段升溫，包括以下幾個階段：第一燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為580℃～620℃，保溫時間為2.5h；第二燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為680℃～720℃，保溫時間為3h；第三燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為830℃～870℃，保溫時間為2h；第四燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為980℃～1020℃，保溫時間為2h。作為進一步改進，所述真空燒結(jié)的步驟中，各個階段的升溫速率為5℃/min～10℃/min。作為進一步改進，所述第一燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為600℃，保溫時間為2.5h；所述第二燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為700℃，保溫時間為3h；所述第三燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為850℃，保溫時間為2h；所述第四燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為1000℃，保溫時間為2h。作為進一步改進，所述擠壓成型的步驟中，擠壓溫度為750℃，擠壓壓強為75MPa，保壓時間為5min。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點：1、通過采用粉末冶金的制備工藝來制作高硅鋁合金，具有制備工藝優(yōu)化、成本低的優(yōu)點，相比傳統(tǒng)的鑄造方法，具有較高的精密度，且產(chǎn)品成分可控性高。解決了現(xiàn)有的鑄造法中，成品中硅成分偏析的問題。2、制得的高硅鋁合金成品中，硅的含量高達30％以上，從而獲得低膨脹系數(shù)、高熱傳導(dǎo)率的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料更能滿足先進電子封裝技術(shù)的要求。同時，制成成品還具有材料組織均勻、晶核大小一致的優(yōu)點。具體實施方式下面結(jié)合具體實施方式對本專利技術(shù)作進一步詳細(xì)描述。實施例1：步驟1，制備混合粉末的步驟包括：S11，準(zhǔn)確稱取400克工業(yè)鋁粉和600克晶體硅。其中，所述工業(yè)鋁粉的純度為99.5％以上，粒度小于5mm。所述晶體硅的純度為99.9％以上，粒度小于5mm。S12，將工業(yè)鋁粉和晶體硅相互混合均勻后，放置在砂漿磨或者剪切磨設(shè)備中進行研磨。以純度99.9％以上的酒精為研磨介質(zhì)，將混合物研磨至15μm以下，且研磨后的混合物的中位粒徑為4.5μm～5.5μm。S13，將研磨后的混合物蒸干，然后添加20克的聚乙烯醇，將聚乙烯醇與研磨后的工業(yè)鋁粉、晶體硅混合均勻。其中，所使用的聚乙烯醇的分子量為6000。步驟2，將步驟1制得的混合粉末裝在熱模壓坯中，啟熱模壓成形機，設(shè)定熱壓溫度為200℃，壓制壓強為250MPa，保壓時間為10分鐘，滿足以上要求熱壓成型后。成型后，自然冷卻至室溫，取出毛坯。步驟3，將步驟2中的毛坯放置在真空燒結(jié)爐坩堝內(nèi)，設(shè)定真空度為2×10-2Mpa。分段升溫，升溫速率為10℃/min。其中，第一燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為600℃，保溫時間為2.5h；第二燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為700℃，保溫時間為3h；第三燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為850℃，保溫時間為2h；第四燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為1000℃，保溫時間為2h。燒結(jié)結(jié)束后，自然冷卻。步驟4，將經(jīng)步驟3燒結(jié)后的毛坯放置在箱式電阻爐內(nèi)，緩慢加熱至750℃，并保溫10分鐘，迅速取出。然后放置在250℃預(yù)熱保溫的擠壓用模具內(nèi)，用液壓機擠壓，擠壓壓強為75MPa，保壓5分鐘，自然冷卻后即獲得目標(biāo)成品。將制得的成品在室溫環(huán)境進行性能測試，所測得的性能參數(shù)如表一。表一，實施例1中成品的性能參數(shù)實施例2：步驟1，制備混合粉末的步驟包括：S11，準(zhǔn)確稱取300克工業(yè)鋁粉和700克晶體硅。其中，所述工業(yè)鋁粉的純度為99.5％以上，粒度小于5mm。所述晶體硅的純度為99.9％以上，粒度小于5mm。S12，將工業(yè)鋁粉和晶體硅相互混合均勻后，放置在砂漿磨或者剪切磨設(shè)備中進行研磨。以純度99.9％以上的酒精為研磨介質(zhì)，將混合物研磨至15μm以下，且研磨后的混合物的中位粒徑為4.5μm～5.5μm。S13，將研磨后的混合物蒸干，然后添加20克的羧甲基纖維素，將羧甲基纖維素與研磨后的工業(yè)鋁粉、晶體硅混合均勻。步驟2，將步驟1制得的混合粉末裝在熱模壓坯中，啟熱模壓成形機，設(shè)定熱壓溫度為50℃，壓制壓強為300MPa，保壓時間為10分鐘，滿足以上要求熱壓成型后。成型后，自然冷卻至室溫，取出毛坯。步驟3，將步驟2中的毛坯放置在真空燒結(jié)爐坩堝內(nèi)，設(shè)定真空度為1×10-2Mpa。分段升溫，升溫速率為10℃/min。其中，第一燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為600℃，保溫時間為2.5h；第二燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為700℃，保溫時間為3h；第三燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為850℃，保溫時間為2h；第四燒結(jié)階段，燒結(jié)溫度為1000℃，保溫時間為2h。燒結(jié)結(jié)束后，自然冷卻。步驟4，將經(jīng)步驟3燒結(jié)后的毛坯放置在箱式電阻爐內(nèi)，緩慢加熱至750℃，并保溫10分鐘，迅速取出。然后放置在250℃預(yù)熱保溫的擠壓用模具內(nèi)，用液壓機擠壓，擠壓壓強為75MPa，保壓5分鐘，自然冷卻后即獲得目標(biāo)成品。將制得的成品在室溫環(huán)境進行性能測試，所測得的性能參數(shù)如表2。表2，實施例2中成品的性本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
粉末冶金法制備高硅鋁合金的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1，將工業(yè)鋁、晶體硅按重量比3:7～4:6混合，并添加成型粘結(jié)劑，所述成型粘結(jié)劑與工業(yè)鋁、晶體硅混合物按重量比1:100～3:100混合，制得混合粉末，其中，所述工業(yè)鋁的純度為99.5％以上，晶體硅純度為99.9％以上；S2，將步驟S1制得的混合粉末經(jīng)熱壓成型，制得成型的毛坯；S3，將步驟S2制得的毛坯進行真空燒結(jié)，采用分段升溫，燒結(jié)結(jié)束后自然冷卻；S4，將燒結(jié)后的毛坯經(jīng)過擠壓成型，并自然冷卻后制得成品。
【技術(shù)特征摘要】
1.粉末冶金法制備高硅鋁合金的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1，將工業(yè)鋁、晶體硅按重量比3:7～4:6混合，并添加成型粘結(jié)劑，所述成型粘結(jié)劑與工業(yè)鋁、晶體硅混合物按重量比1:100～3:100混合，制得混合粉末，其中，所述工業(yè)鋁的純度為99.5％以上，晶體硅純度為99.9％以上；S2，將步驟S1制得的混合粉末經(jīng)熱壓成型，制得成型的毛坯；S3，將步驟S2制得的毛坯進行真空燒結(jié)，采用分段升溫，燒結(jié)結(jié)束后自然冷卻；S4，將燒結(jié)后的毛坯經(jīng)過擠壓成型，并自然冷卻后制得成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金法制備高硅鋁合金的方法，其特征在于，所述制備混合粉末的步驟包括：S11，將工業(yè)鋁和晶體硅按重量比均勻混合后，將二者的混合物進行研磨，以純度99.9％以上的酒精為研磨介質(zhì)，將混合物研磨至15μm以下，且研磨后的混合物的中位粒徑為4.5μm～5.5μm；S12，將研磨后的混合物蒸干，然后添加成型粘結(jié)劑，制得混合粉末，其中，所述成型粘結(jié)劑為聚乙烯醇或羧甲基纖維素，且所使用的聚乙烯醇的分子量為6000。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金法制備高硅鋁合金的方法，其特征在于，所述熱壓成型的步驟中，熱壓溫度為200℃～250℃，壓制壓強為250MPa～300MPa，保壓時間為5min～10min。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末冶金法制備高硅鋁合金的方法，其...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝建干，
申請(專利權(quán))人：福建省上杭縣九洲硅業(yè)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：福建;35
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