一種高結合強度高精度銅-鉬-銅疊層復合材料制備方法技術

一種高結合強度高精度銅-鉬-銅疊層復合材料制備方法，屬于復合材料制備技術領域。此方法首先擴散焊接銅、鉬、銅三組元材料，使疊層之間存在較緊密的面約束，而約束后續塑性變形中金屬的流動，使各組元疊層的變形量與復合疊片總變形量相等；后冷軋此銅-鉬-銅疊層復合疊片，通過施加塑性變形增強鉬、銅疊層間原子的貼合率，而達到進一步增加結合強度的目的。本發明專利技術與現有技術相比，具有疊層結合強度高、疊層尺寸精確、組分調整靈活、缺陷率低、短流程等優點。適于工業化應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種銅-鑰-銅疊層復合材料的制備方法，特別是指一種高結合強度高精度銅-鑰-銅疊層復合材料制備方法。屬于復合材料的制備

技術介紹
銅-鑰-銅疊層復合材料，以金屬鑰為芯材，兩面覆無氧銅板。其既具有鑰的低膨脹性，還具有銅的高導電導熱性能，可通過調節鑰、銅的厚度來調節其熱膨脹系數及熱導率，又能與BeO、Al2O3陶瓷匹配，加工成本相對較低而成為目前大功率電子元器件等的首選封裝材料。由于鑰、銅之間互不固溶，目前的銅-鑰-銅疊層復合材料制備工藝有液固結合軋制法，如公開號為CN1408485A的專利，首先將銅板和鑰錠置于石墨模中，加熱至銅板熔 化——冷卻——軋制的工藝制備成銅鑰銅材料。但該方法生產工藝過程繁多，熔化冷卻后銅板的表面質量和軋制后各層厚度不易控制，且采用的電解銅板在氫氣氛中易發生氫脆，也難以滿足電子工業高純材料的要求。另有公開號為CN1850436A的專利，采用表面處理、電鍍或噴涂、退火、冷軋、后處理五個步驟來，得到具有特殊層厚比的銅鑰銅材料，但采用電鍍或噴涂方法使銅層變厚困難，電鍍的層結合面還會出現離層、星塵、電鍍泡等缺陷，而噴涂則使成本過高。還有公開號為CN1843691A的專利，采用表面處理、包覆、熱軋、退火、冷車U后續處理六個步驟來，得到銅鑰銅電子封裝復合材料，但其中的熱軋過程還是易使銅表面產生氧化，且銅、鑰的界面結合強度偏低。此相關專利在美國還有US4950554、US4988392和US4957823，都是采用高溫軋制工藝，其工藝較為復雜，對軋制設備的要求大大提高，疊層間結合強度也不高。本專利技術人還發表過采用擴散焊接復合疊層的方法，如公開號為CN102126112A的專利，鑒于芯材鑰的塑性較差，不宜塑性變形加工，只是直接獲取已制備好需求厚度的鑰片后，僅對其進行擴散焊接制備多層復合材料；因此，疊層之間的貼合面積比率相對較小，致擴散焊接復合強度不高。銅、鐵等具有良好塑性材料的多道次冷軋變形對鑰疊層結合強度完全沒有貢獻，而且多層復合材料的結合強度基本上取決于鑰、銅疊層間的擴散焊接工藝。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種工藝簡單、操作方便、銅鑰結合強度高、板形良好、疊層間厚度偏差小及平行度好的銅-鑰-銅復合材料的制備方法。本專利技術一種高結合強度高精度的銅-鑰-銅疊層復合材料的制備方法，包括下述步驟第一步，銅、鑰兩種疊層組元的擴散焊接選取長寬尺寸相同的兩個銅片與一個鑰片，將銅片的一個面及鑰片的兩個面表面去除污物后進行光亮化處理；然后，以光亮化處理后的面相接觸，按照銅、鑰、銅順序疊置后，置于擴散焊接爐內進行擴散焊接，得到焊合的銅-鑰-銅疊層；第二步，冷軋減薄將第一步所得焊合的銅-鑰-銅疊層進行多道次冷軋，得到銅-鑰-銅疊層復合材料。本專利技術一種高結合強度高精度的銅-鑰-銅疊層復合材料的制備方法，所述光亮化處理是采用小壓下率冷軋或者打磨拋光的方式，獲得銅片表面光潔度為RaO. 05-Ra0. 8 ；鑰片表面光潔度為RaO. I-Ral. 6。本專利技術一種高結合強度高精度的銅-鑰-銅疊層復合材料的制備方法，銅片厚度為鑰片厚度的2(Γ100%。本專利技術一種高結合強度高精度的銅-鑰-銅疊層復合材料的制備方法，銅片選自普通紫銅、無氧銅、脫氧銅、特種銅中的至少一種；鑰片為鑰的質量百分含量為> 99. 9%的純鑰片。·本專利技術一種高結合強度高精度的銅-鑰-銅疊層復合材料的制備方法，擴散焊接工藝參數擴散焊壓力8 20MPa，擴散焊溫度80(Tl000°C，保溫時間10 30分鐘，擴散焊接氣氛為真空度彡I. OXlO-2Pa的真空、氫氣或者惰性氣體中的一種。本專利技術一種高結合強度高精度的銅-鑰-銅疊層復合材料的制備方法，冷軋在普通兩輥或四輥軋機上進行，道次壓下率< 50%，軋制道次f 10次。本專利技術采用上述工藝方法，基于銅、鑰兩組元難以形成化合物也很難互溶，兩者的疊層復合主要依靠原子一原子的機械嚙合；首先對疊層組元材料進行光亮化處理、擴散焊接，使銅、鑰兩組元接觸面之間全面積緊密焊合，達到較理想結合強度；隨后，對已擴散焊合的銅-鑰-銅復合塊進行多道次冷軋，一方面，由于疊層之間擴散焊接結合強度較高，疊層間產生平面約束，制約冷軋過程中金屬的流動，使各組元疊層之間同步變形即變形量相同，各組元疊層的壓下率即為總壓下率，從而保證各組元疊層的層厚比不隨冷軋加工的變化而變化；同時，由于各組元疊層之間變形量相同，銅、鑰疊層組元間的貼合面積比率更進一步增大，使異種組元材料疊層間平行度良好；另一方面，通過多道次冷軋，可精確控制銅-鑰-銅復合塊所需最終厚度，冷軋過程產生的軸向壓力及剪切拉伸作用，使銅、鑰疊層組元疊層間結合強度進一步增強，其最終疊層界面剪切強度可比單純軋制復合法(4(T70MPa)高出約三倍。此工藝克服了傳統的軋制復合工藝首先軋制出精確尺寸的疊層組元后擴散焊接復合疊層，存在復合強度不高，疊層之間貼合面積比率較小，疊層間平行度差及單一疊層厚度偏差大等缺點。附圖說明附圖I為本專利技術實施例I中擴散焊合后的銅-鑰-銅復合疊片側面照片，其厚度為7. 6腿附圖2為本專利技術實施例I中擴散焊合+完全冷軋處理后的銅-鑰-銅復合疊片截面金相顯微照片，其厚度為O. 5 mm，其兩面平行度良好，厚度偏差為±5μπι。具體實施例方式下面結合實施例旨在進一步說明本專利技術，而非限制本專利技術。實施例I :選取尺寸為2. 0X50X70 mm的TUl無氧銅板兩塊，尺寸為3. 6 X 50 X 70 mm的質量分數99. 95%純鑰板一塊；首先對兩塊無氧銅板的一個面選取2000金相砂紙進行打磨又采用拋光布對打磨過表面進行光亮化處理，使其表面粗糙度達到RaO. 05，還對純鑰板的兩上下表面依次選擇240、600、800、1200、1500、2000金相砂紙進行打磨后又拋光布進行光亮化處理，使其表面粗糙度達到RaO. I ;將此處理過的無氧銅與純鑰板按照銅、鑰、銅次序疊置，且以光亮化處理過的表面相接觸，置于氫氣保護的擴散焊接爐內進行擴散焊接，焊接工藝為8MPa的擴散焊壓力，1000°C的擴散焊溫度，20分鐘的保溫時間；焊合后的銅-鑰-銅疊層復合材料采用兩輥冷軋機，依次進行40%、30%、30%、20%壓下率的冷軋減薄，得到疊層復合片厚度為I. 8 mm ;接著對冷軋后的片料置于氫氣氛爐內進行600°C +20min的中間退火；又放入兩輥冷軋機內，又依次進行40%、30%、20%、15%壓下率的冷軋減薄，得到最終厚度為O.5mm的疊層復合片。此銅-鑰-銅疊層復合片疊層間平行度良好，各組元疊層厚度偏差在±5 μ m以內，疊層間結合強度達到210MPa。實施例2: 選取尺寸為O. 5 X 50 X 70 mm的Tl紫銅板兩塊，尺寸為2. 5 X 50 X 70 mm鑰質量分數99. 9%的純鑰板一塊；首先對兩塊紫銅板的一個面選取2000金相砂紙進行打磨又采用絨布進行拋光機處理，使其表面粗糙度達到RaO. 05，對純鑰板選取有光亮軋輥的兩輥冷軋機5%壓下率冷軋處理，使其表面粗糙度達到Ral. 6，后對軋后表面采用酸堿除油除脂去氧化物；將此處理過的紫銅與純鑰板按照銅、鑰、銅次序疊置，且以光亮化處理過的表面相接觸，擴散焊接工藝為置于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高結合強度高精度銅?鉬?銅疊層復合材料制備方法，包括下述步驟：第一步，銅、鉬兩種疊層組元的擴散焊接選取長寬尺寸相同的兩個銅片與一個鉬片，將銅片的一個面及鉬片的兩個面表面去除污物后進行光亮化處理；然后，以光亮化處理后的面相接觸，按照銅、鉬、銅順序疊置后，置于擴散焊接爐內進行擴散焊接，得到焊合的銅?鉬?銅疊層；第二步，冷軋減薄將第一步所得焊合的銅?鉬?銅疊層進行多道次冷軋，得到銅?鉬?銅疊層復合材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王德志，楊益航，林高用，王小鷹，陳點點，董小嘉，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：