基于輻照損傷擴(kuò)散合金化的銅/鉬/銅復(fù)合材料及制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于輻照損傷擴(kuò)散合金化的銅/鉬/銅復(fù)合材料，是以鉬金屬板為基體，將銅金屬元素按照一定的劑量和能量注入到經(jīng)過(guò)打磨、脫脂處理、酸洗活化處理和表面化學(xué)刻蝕處理的鉬金屬板狀材料中，并采用電鍍的方法在鉬金屬板表面覆銅，然后再進(jìn)行氬氣保護(hù)下的高溫退火工藝，使銅金屬元素?cái)U(kuò)散滲入到鉬金屬板中，鉬金屬與銅金屬之間產(chǎn)生界面擴(kuò)散層，形成銅/鉬/銅界面的冶金結(jié)合，其中，銅金屬厚度為20μm，基體鉬金屬厚度為1mm，其點(diǎn)焊時(shí)焊接（界面）強(qiáng)度達(dá)到73MPa。本發(fā)明專利技術(shù)獲得的銅/鉬/銅復(fù)合材料工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，電鍍表面致密均勻，材料的致密度高。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種金屬基復(fù)合材料的制備技術(shù)，特別涉及一種銅/鑰/銅復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)介紹
鑰是高熔點(diǎn)金屬，具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度保持性，低比熱，低熱膨脹系數(shù)，并且耐熱沖擊性能好，鑰的密度還具有高的彈性模量，可適用于高度高、質(zhì)量輕的用途，銅具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，但鑰是體心立方結(jié)構(gòu)，銅是面心立方結(jié)構(gòu)，其鑰銅是互不相溶，各自在組分上保持相對(duì)獨(dú)立。鑰銅復(fù)合材料即具有鑰高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)的特點(diǎn)，又有銅優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能它能很好的與電子器件中的硅基片、砷化鎵等材料匹配封接，又能避免熱應(yīng)力引起的熱疲勞失效，又具有良好的導(dǎo)熱性能，因此可廣泛的用于電子封裝、熱沉材料以及一些大功率基礎(chǔ)電流模塊上。還可以應(yīng)用在微波、通訊、射頻、航空航天、電子電力、大功率激光器等行業(yè)，是我國(guó)高端電子產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)的基礎(chǔ)。作為金屬基復(fù)合材料的一種，層狀金屬基復(fù)合材料是利用復(fù)合技術(shù)使兩種或兩種以上物理、化學(xué)和力學(xué)性能不同的金屬在界面上實(shí)現(xiàn)牢固冶金而制備的一種新型材料。目前層狀金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法主要有涂飾法和包覆法。制備鑰銅復(fù)合材料的方法主要有機(jī)械合金化、機(jī)械熱化學(xué)法、氧化物共還原法、溶膠-凝膠法等。但是這些制備方法基本上都是基于相互固溶的合金體系，利用了加熱促使原子之間發(fā)生擴(kuò)散形成界面層制備出層狀金屬基復(fù)合材料。而鑰-銅是互不固溶體系，生成熱為+28KJ/mol，很難發(fā)生擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)合金化，上述方法不適用。因此有必要研究一種新的銅/鑰/銅層狀金屬基復(fù)合材料的制備技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)提供一種基于輻照損傷擴(kuò)散合金化的銅/鑰/銅復(fù)合材料及制備方法。通過(guò)采用金屬等離子注入工藝將銅金屬離子注入到經(jīng)過(guò)打磨、脫脂處理、酸洗活化處理和表面化學(xué)刻蝕處理的鑰金屬板狀材料中，采用電鍍的方法在鑰金屬板表面覆銅，最后再進(jìn)行氬氣保護(hù)下的高溫退火，使銅金屬元素?cái)U(kuò)散滲入到鑰金屬板中，形成銅/ 鑰/銅界面的冶金結(jié)合，從而獲得了具有高界面結(jié)合強(qiáng)度的銅/鑰/銅層狀金屬基復(fù)合材料。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)基于輻照損傷擴(kuò)散合金化的銅/鑰/銅復(fù)合材料，是以鑰金屬板為基體經(jīng)過(guò)銅金屬等離子注入，再進(jìn)行電鍍銅和高溫退火工藝制成，銅金屬厚度為20 ym，基體鑰金屬厚度為1mm，其中鑰金屬與銅金屬之間產(chǎn)生了界面擴(kuò)散層，該銅/鑰/銅復(fù)合材料點(diǎn)焊時(shí)的焊接強(qiáng)度達(dá)到73MPa。其制備方法包括以下步驟鑰金屬板的預(yù)處理鑰金屬板經(jīng)過(guò)打磨、脫脂處理和酸洗活化處理后，用去離子水清洗并真空干燥；銅金屬等離子注入在離子注入機(jī)上將銅金屬等離子注入上述鑰金屬板中，銅金屬等離子注入劑量為1. 7X1017ionS/cm2，注入能量為120KeV ;將注入有銅離子的鑰金屬板在離子注入機(jī)的真空室中放置16小時(shí)后取出；鑰金屬板表面電鍍銅將上述經(jīng)過(guò)銅金屬等離子注入的鑰金屬板為陰極，銅為陽(yáng)極，在銅鹽鍍液中進(jìn)行電鍍，實(shí)現(xiàn)鑰金屬板表面覆銅；氬氣保護(hù)退火在I個(gè)大氣壓的氬氣保護(hù)下，在氣氛退火爐中于900°C溫度下保溫4小時(shí)進(jìn)行退火。進(jìn)一步講，銅金屬等離子注入的工藝參數(shù)為弧壓升至12v，觸發(fā)壓升至16v，負(fù)壓升至2KV，高壓升至60KV，注入過(guò)程中不斷調(diào)節(jié)觸發(fā)頻率，并保持束流密度為2.0 2. 5uA cnT2，真空度保持在I X KT3Pa以下。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是本專利技術(shù)提供的銅/鑰/銅復(fù)合材料是通過(guò)離子注入產(chǎn)生輻照損傷，再通過(guò)電鍍法和退火燒結(jié)制備表面均勻致密，界面結(jié)合性好的復(fù)合材料。本專利技術(shù)獲得的銅/鑰/銅復(fù)合材料工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高；由于退火燒結(jié)過(guò)程不但使銅向鑰金屬基體中發(fā)生熔滲，也使電鍍表面致密均勻，因此，所獲得的復(fù)合材料致密度聞。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)銅金屬等離子注入鑰金屬試樣的裝置示意圖，其中1 一離子源，2 —離子束，3 —真空注入室，4 一試樣，5 —靶盤，6 —真空擴(kuò)散泵，7 —真空維持泵，8 —機(jī)械泵，9一聞壓和系統(tǒng)控制柜；圖2為本專利技術(shù)鑰金屬表面電鍍銅裝置示意圖，其中10_渡槽，11-鍍液，12-陽(yáng)極，13-陰極，14-電源；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例1制備的未進(jìn)行退火處理的銅/鑰/銅復(fù)合材料的表面微觀形貌照片；圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例2制備的在氬氣氣氛爐中900°C溫度下保溫4小時(shí)的銅/鑰/銅復(fù)合材料的表面微觀形貌照片；圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例3制備的銅/鑰/銅復(fù)合材料經(jīng)過(guò)拉伸后的斷面微觀形貌照片;圖6為本專利技術(shù)實(shí)施例4制備的銅/鑰/銅復(fù)合材料焊接拉伸示意圖，其中31_固定臺(tái)，32-固定夾，33-復(fù)合材料，34-銅箔，35-焊點(diǎn)；圖7為本專利技術(shù)實(shí)施例4制備的銅/鑰/銅復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度曲線。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。本專利技術(shù)一種基于輻照損傷擴(kuò)散合金化的銅/鑰/銅復(fù)合材料，以鑰金屬板為基體經(jīng)過(guò)銅金屬等離子注入，再進(jìn)行電鍍銅和高溫退火工藝制成，銅金屬厚度為20 u m，基體鑰金屬厚度為1mm，其中鑰金屬與銅金屬之間產(chǎn)生了界面擴(kuò)散層，其點(diǎn)焊時(shí)的焊接強(qiáng)度達(dá)到73MPa。上述銅/鑰/銅復(fù)合材料的制備方法主要包括鑰金屬板的預(yù)處理(打磨、脫脂處理和酸洗活化處理)、銅金屬等離子注入、鑰金屬板表面電鍍銅和氬氣保護(hù)退火；具體步驟如下鑰金屬板的預(yù)處理將鑰金屬板試樣首先經(jīng)過(guò)打磨，以使其表面狀態(tài)均一，并除去氧化膜；隨后將試樣在脫脂液中進(jìn)行脫脂處理，脫脂后將試樣用流水反復(fù)沖洗，清洗后試樣表面水膜狀態(tài)均一，不掛液，即為脫脂成功；將脫脂后試樣放入10%的硫酸溶液中進(jìn)行處理，以進(jìn)一步清除試樣表面的氧化物，使試樣裸露出純鑰金屬，酸洗處理后的試樣經(jīng)過(guò)流水反復(fù)沖洗，并用去離子水清洗后進(jìn)行真空干燥。銅金屬等離子注入銅金屬等離子注入是通過(guò)MEVVA II A-H源強(qiáng)流離子注入機(jī)(北京師范大學(xué)低能核物理研究所生產(chǎn)進(jìn)行的，如圖1所示，該離子注入機(jī)包括離子源1、真空注入室3、靶盤5、真空系統(tǒng)、高壓和系統(tǒng)控制柜9 ;所述真空系統(tǒng)由真空擴(kuò)散泵6、真空維持泵7和機(jī)械泵8組成，所述真空系統(tǒng)與真空注入室3通過(guò)閥門連接；所述靶盤5位于真空 注入室3內(nèi)；所述離子源I位于真空注入室3上方并與所述靶盤5呈傾斜相對(duì)布置；所述離子源I包括有弧壓、觸發(fā)壓和高壓。注入時(shí)，打開金屬離子注入機(jī)真空室3，將鑰金屬板試樣4放在靶盤5上，啟動(dòng)真空系統(tǒng)抽真空，真空系統(tǒng)由真空擴(kuò)散泵6、真空維持泵7和機(jī)械泵8組成，真空系統(tǒng)與真空注入室3用閥門連接。開始用機(jī)械泵8先抽低真空，當(dāng)?shù)驼婵者_(dá)到IPa以下后用擴(kuò)散泵6抽高真空，當(dāng)高真空達(dá)到3 X KT3Pa后，開始調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。打開離子源預(yù)熱5分鐘，在高壓和系統(tǒng)控制柜9上將弧壓升至12v，觸發(fā)壓升至16v。將弧壓和觸發(fā)壓調(diào)完后，升負(fù)壓至2kv，高壓升至60kv，開始注入工作。注入過(guò)程中不斷調(diào)節(jié)觸發(fā)頻率，保持束流密度為2. (T2. 5 u A ^nT2左右，注入期間真空度保持在lX10_3Pa以下。注入結(jié)束后，先不將注入有銅離子的鑰金屬板試樣取出，而是放在真空注入室3中16小時(shí)后，再打開該真空注入室取出。鑰金屬板表面電鍍銅本專利技術(shù)選用焦磷酸鹽鍍銅，所用各種試劑均為化學(xué)純，鍍液用去離子水配制。將上述經(jīng)過(guò)銅金屬等離子注入的鑰金屬板試樣為陰極，銅為陽(yáng)極；鍍液的pH值控制在9. 0左右較宜，為便于試劑操作，本專利技術(shù)獎(jiǎng)PH值控制在8. 5-9. 5之間，鍍液配方及工藝條件為焦磷酸銅80g/L，焦磷酸鉀300g/L，檸檬酸銨本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于輻照損傷擴(kuò)散合金化的銅/鉬/銅復(fù)合材料，其特征在于：以鉬金屬板為基體經(jīng)過(guò)銅金屬等離子注入，再進(jìn)行電鍍銅和高溫退火工藝制成；銅金屬厚度為20μm，基體鉬金屬厚度為1mm，鉬金屬與銅金屬之間形成有界面擴(kuò)散層；點(diǎn)焊時(shí)的焊接強(qiáng)度達(dá)到73MPa。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃遠(yuǎn)，劉貞貞，何芳，肖嬋，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：