1.本技术涉及
复合材料技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅铜基复合材料及其制备方法和原料配方。
背景技术：
2.碳化硅铜基复合材料既具有铜合金的优秀导热性能，同时也具有碳化硅热膨胀系数低、耐磨性好的优点。可应用于航空、航天、能源、汽车等领域，如散热器、半导体、电触头、自润滑轴承、摩擦副等。与其他
粉末冶金方法相比，采用注射成形的方法可以获得更复杂的结构，同时更适合工业的批量化生产。
3.碳化硅增强铜基复合材料性能提升的难点在于，铜与碳化硅润湿性差，界面结合强度低，且铜在800℃左右会与sic发生界面反应阻碍烧结。普遍提及的碳化硅粉末镀铜或铬等方法因成本过高，目前不具备量产可能。
技术实现要素：
4.本技术的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本技术的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
5.本技术的一些实施例提出了一种碳化硅铜基复合材料及其制备方法和原料配方，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
6.作为本技术的第一方面，本技术的一些实施例提供了一种碳化硅铜基复合材料的制备方法，包括：将碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂进行混炼以得到混炼料块；将所述混炼料块投入至造粒机进行造粒以得到待注颗粒；将所述待注颗粒填加至注射机并向注射模具中进行注射以得到待脱生坯；将所述待脱生坯转移至草酸炉进行脱脂处理以得到待烧生坯；将所述待烧生坯转移至烧结炉进行烧结以得到最终产物；其中，所述碳化硅颗粒在混炼原料中的体积分数的取值范围为3％至10％；所述铜粉在混炼原料中的体积分数的取值范围为75至85％；所述钛粉在混炼原料中的体积分数的取值范围为0.8％至1.2％；所述粘结剂在混炼原料中的体积分数的取值范围为12％至15％。
7.进一步的，所述铜粉为球形粉末且其中位径的取值范围为20μm至30μm。
8.进一步的，所述钛粉为球形粉末且其中位径的取值范围为19μm至21μm；所述钛粉的氧含量小于1800ppm。
9.进一步的，所述碳化硅颗粒的粒度取值范围为250目至1000目。
10.进一步的，所述碳化硅颗粒为β晶型颗粒。
11.进一步的，所述粘结剂包含：聚甲醛pom、hdpe、pp、sebs、abs、eva、sa、wax以及bht抗氧化剂中一种或几种。
12.进一步的，所述粘结剂中各组分的质量百分数的取值范围如下：pom：75％至85％；pp：4％至8％；hdpe：4％至8t％；sebs：2.3％至4.8％；abs：2.3％至4.8％；eva：2.3％至
4.8％；sa：1.2％至2.2％；wax：1.5％至2.5％；bht抗氧化剂：0.9％至3.4％。
13.进一步的，其中，所述将碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂进行混炼以得到混炼料块的混炼温度取值范围170摄氏度至200摄氏度；混炼时间取值范围为80分钟至100分钟。
14.进一步的，其中，所述将所述待注颗粒填加至注射机并向注射模具中进行注射以得到待脱生坯的注射温度取值范围180摄氏度至200摄氏度；注射速度取值范围30mm/s至40mm/s。
15.进一步的，其中，所述将所述待烧生坯转移至烧结炉进行烧结以得到最终产物的烧结温度取值范围800摄氏度至1000摄氏度；烧结时间取值范围为1.5小时至2.5小时。
16.作为本技术的第二方面，本技术的一些实施例提供了一种碳化硅铜基复合材料，该复合材料由上述制备方法所制得。
17.作为本技术的第三方面，本技术的一些实施例提供了一种一种碳化硅铜基复合材料的原料配方，包括：碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂；其中，所述碳化硅颗粒的体积分数的取值范围为3％至10％；所述铜粉的体积分数的取值范围为75至85％；所述钛粉的体积分数的取值范围为0.8％至1.2％；所述粘结剂的体积分数的取值范围为12％至15％；所述粘结剂包含：聚甲醛pom、hdpe、pp、sebs、abs、eva、sa、wax以及bht抗氧化剂中一种或几种。
18.本技术的有益效果在于：提供了一种通过改善碳化硅与铜机体的界面结合强度从而获得较好的材料性能的碳化硅铜基复合材料及其制备方法和原料配方。
附图说明
19.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
20.另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
21.在附图中：
22.图1是根据本技术一种实施例的碳化硅铜基复合材料的制备方法的主要步骤示意图；
23.图2是根据本技术一种实施例的碳化硅铜基复合材料的制备方法所制备复合材料的金相照片。
24.图3是本技术碳化硅铜基复合材料的制备方法中不含ti所制备出复合材料的金相照片。
具体实施方式
25.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
26.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
28.需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
29.本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
30.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
31.参照图1所示，本技术的碳化硅铜基复合材料的制备方法主要包括如下步骤：
32.s1：将碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂进行混炼以得到混炼料块。
33.s2：将混炼料块投入至造粒机进行造粒以得到待注颗粒。
34.s3：将待注颗粒填加至注射机并向注射模具中进行注射以得到待脱生坯。
35.s4：将待脱生坯转移至草酸炉进行脱脂处理以得到待烧生坯。
36.s5：将待烧生坯转移至烧结炉进行烧结以得到最终产物。
37.其中，碳化硅颗粒在混炼原料中的体积分数的取值范围为3％至10％；铜粉在混炼原料中的体积分数的取值范围为75至85％；钛粉在混炼原料中的体积分数的取值范围为0.8％至1.2％；粘结剂在混炼原料中的体积分数的取值范围为12％至15％。
38.具体而言，铜粉为球形粉末且其中位径的取值范围为20μm至30μm。
39.具体而言，钛粉为球形粉末且其中位径的取值范围为19μm至21μm；钛粉的氧含量小于1800ppm。
40.具体而言，碳化硅颗粒的粒度取值范围为250目至1000目。
41.具体而言，碳化硅颗粒为β晶型颗粒。
42.具体而言，粘结剂包含：聚甲醛pom、hdpe、pp、sebs、abs、eva、sa、wax以及bht抗氧化剂中一种或几种。
43.具体而言，粘结剂中各组分的质量百分数的取值范围如下：pom：75％至85％；pp：4％至8％；hdpe：4％至8t％；sebs：2.3％至4.8％；abs：2.3％至4.8％；eva：2.3％至4.8％；sa：1.2％至2.2％；wax：1.5％至2.5％；bht抗氧化剂：0.9％至3.4％。其中，wax优选小烛树蜡，耐热稳定、硬度适中。
44.具体而言，其中，将碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂进行混炼以得到混炼料块的混炼温度取值范围170摄氏度至200摄氏度；混炼时间取值范围为80分钟至100分钟。
45.具体而言，其中，将待注颗粒填加至注射机并向注射模具中进行注射以得到待脱生坯的注射温度取值范围180摄氏度至200摄氏度；注射速度取值范围30mm/s至40mm/s。
46.具体而言，其中，将待烧生坯转移至烧结炉进行烧结以得到最终产物的烧结温度取值范围800摄氏度至1000摄氏度；烧结时间取值范围为1.5小时至2.5小时。
47.具体而言，以上制备方法还可以包括如下步骤：
48.s0：将碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂进行混合。更具体而言，先将碳化硅与铜粉、钛粉在充有氩气保护的球磨罐中球磨，球磨机转速小于150r/min，正转反转各1小时，保证充分混合，再使用氩气保护的密炼机，依次投入混合粉末、塑料粒子(pom、hdpe、pp、abs、eva、sa、wax，以及抗氧化剂bht)，其中，hdpe为高密度聚乙烯，pp为聚丙烯，sebs为苯乙烯(s)-乙烯(e)/丁烯(b)-苯乙烯(s)构成嵌段共聚物，abs为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，
eva为乙烯-乙酸乙烯共聚物，sa为硬脂酸，wax为石蜡，bht抗氧化剂为二丁基羥基甲苯。
49.以上方案通过引入ti增大sic与铜基体的润湿，增大界面结合强度，并采用一种塑基粘结剂体系进行注射成形，满足先进科技行业对高导热、低热膨胀系数、高复杂度结构、高效率和规模化生产的要求。可以获得更高的烧结致密度和热性能的碳化硅铜基复合材料。
50.具体实施例如下：
51.s0：混粉，采用d50＝24um的铜粉、d50＝20微米的ti粉与250目的碳化硅粉，按照75：1：10的体积比在球磨机中混合，球磨参数为正转1h，转速150r/min，反转1h，转速150r/min，最终得到均匀混合粉末；
52.s1&s2：混炼造粒，首先将上述均匀混合粉末与粘结剂混合在密炼机中进行混炼，混炼的温度为185℃，混炼的时间为90min，混合后的物料经造粒机制成喂料颗粒；
53.具体而言，粉末与粘结剂的体积比为43:7，粘结剂包括pom 75wt％、sa 2.0wt％、小烛树蜡1.5wt％、pp 10.0wt％、bht抗氧化剂1.5wt％、eva 4.5wt％、abs 2.5wt％和sebs 3wt％，制成喂料颗粒的长度为5mm。
54.s3：注射，将步骤s2中得到的喂料颗粒在注塑机中注射成形为散热板生坯，注射参数为注射温度为190℃，充填速度为35mm/s，注射时间为2s，保压80mpa，保压时间1s，背压为5mpa；
55.s4：脱脂，将步骤s3中得到的生胚基板在脱脂炉中进行脱脂，优选的，在草酸气氛下脱脂，氩气作为保护气氛，脱脂温度120℃、脱脂时间8h；
56.s5：烧结，在高真空金属炉中烧结，真空度＜10-3
pa，烧结温为990℃，烧结时间为2h。
57.所得成品的性能为：致密度：94％，热导率：198w/mk，热膨胀系数；16.4
×
10-6
/k。其金相结构如图2所示，由以上可以获知由于引入ti增大sic与铜基体的润湿，增大界面结合强度，并采用一种塑基粘结剂体系进行注射成形，满足先进科技行业对高导热、低热膨胀系数、高复杂度结构、高效率和规模化生产的要求。
58.实施例2
59.本实施例的碳化硅铜基复合材料的制备方法主要包括如下步骤：
60.s0：混粉，采用d50＝24um的铜粉、d50＝20微米的ti粉与1000目的碳化硅粉，按照75：1：10的体积比在球磨机中混合，球磨参数为正转1h，转速150r/min，反转1h，转速150r/min，最终得到均匀混合粉末；
61.s1&s2：混炼造粒，首先将上述均匀混合粉末与粘结剂混合在密炼机中进行混炼，混炼的温度为185℃，混炼的时间为90min，混合后的物料经造粒机制成喂料颗粒；
62.具体而言，粉末与粘结剂的体积比为43:7，粘结剂包括pom 75wt％、sa 2.2wt％、小烛树蜡1.3wt％、pp 10.0wt％、bht抗氧化剂1.5wt％、eva 5.0wt％、abs 2.5wt％和sebs 2.5wt％，制成喂料颗粒的长度为5mm。
63.s3：注射，将步骤s2中得到的喂料颗粒在注塑机中注射成形为散热板生坯，注射参数为注射温度为190℃，充填速度为35mm/s，注射时间为2s，保压80mpa，保压时间1s，背压为5mpa；
64.s4：脱脂，将步骤s3中得到的生胚基板在脱脂炉中进行脱脂，优选的，在草酸气氛
下脱脂，氩气作为保护气氛，脱脂温度120℃、脱脂时间8h；
65.s5：烧结，在高真空金属炉中烧结，真空度＜10-3
pa，烧结温为990℃，烧结时间为2.5h。
66.所得成品的性能为：致密度：94.5％，热导率：195w/mk，热膨胀系数；16.2
×
10-6
/k。，由以上可以获知由于引入ti增大sic与铜基体的润湿，增大界面结合强度，并采用一种塑基粘结剂体系进行注射成形，满足先进科技行业对高导热、低热膨胀系数、高复杂度结构、高效率和规模化生产的要求。
67.另外，还提供了上述碳化硅铜基复合材料的一种制备方法，此种制备方法中，不添加ti，具体步骤如下：s0：混粉，采用d50＝24um的铜粉与250目的碳化硅粉，按照75：10的体积比在球磨机中混合，球磨参数为正转1h，转速150r/min，反转1h，转速150r/min，最终得到均匀混合粉末；
68.s1&s2：混炼造粒，首先将上述均匀混合粉末与粘结剂混合在密炼机中进行混炼，混炼的温度为185℃，混炼的时间为90min，混合后的物料经造粒机制成喂料颗粒；
69.具体而言，粉末与粘结剂的体积比为43:7，粘结剂包括pom 75wt％、sa 2.2wt％、小烛树蜡1.3wt％、pp 10.0wt％、bht抗氧化剂1.5wt％、eva 5.0wt％、abs 2.5wt％和sebs 2.5wt％，制成喂料颗粒的长度为5mm。
70.s3：注射，将步骤s2中得到的喂料颗粒在注塑机中注射成形为散热板生坯，注射参数为注射温度为190℃，充填速度为35mm/s，注射时间为2s，保压80mpa，保压时间1s，背压为5mpa；
71.s4：脱脂，将步骤s3中得到的生胚基板在脱脂炉中进行脱脂，优选的，在草酸气氛下脱脂，氩气作为保护气氛，脱脂温度120℃、脱脂时间8h；
72.s5：烧结，在高真空金属炉中烧结，真空度＜10-3
pa，烧结温为990℃，烧结时间为2.5h。
73.所得成品的性能为：致密度：93.2％，热导率：220w/mk，热膨胀系数；16.74
×
10-6
/k。
74.由上述工艺可以看出，其中不含ti制备出的碳化硅铜基复合材料，其热导率要高于实施例1和2中工艺所制备出的碳化硅铜基复合材料。
75.以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。技术特征：
1.一种碳化硅铜基复合材料的制备方法，包括：将碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂进行混炼以得到混炼料块；将所述混炼料块投入至造粒机进行造粒以得到待注颗粒；将所述待注颗粒填加至注射机并向注射模具中进行注射以得到待脱生坯；将所述待脱生坯转移至草酸炉进行脱脂处理以得到待烧生坯；将所述待烧生坯转移至烧结炉进行烧结以得到最终产物；其中，所述碳化硅颗粒在混炼原料中的体积分数的取值范围为3%至10%；所述铜粉在混炼原料中的体积分数的取值范围为75至85%；所述钛粉在混炼原料中的体积分数的取值范围为0.8%至1.2%；所述粘结剂在混炼原料中的体积分数的取值范围为12%至15%。2.根据权利要求1所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述铜粉为球形粉末且其中位径的取值范围为20μm至30μm。3.根据权利要求1所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述钛粉为球形粉末且其中位径的取值范围为19μm至21μm；所述钛粉的氧含量小于1800ppm。4.根据权利要求1所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳化硅颗粒的粒度取值范围为250目至1000目。5.根据权利要求1所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳化硅颗粒为β晶型颗粒。6.根据权利要求1所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述粘结剂包含：聚甲醛pom、hdpe、pp、sebs、abs、eva、sa、wax以及bht抗氧化剂中一种或几种。7.根据权利要求6所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述粘结剂中各组分的质量百分数的取值范围如下：pom ：75%至85%；pp：4%至8%；hdpe：4%至8t%；sebs：2.3%至4.8%；abs：2.3%至4.8%；eva：2.3%至4.8%；sa：1.2%至2.2%；wax：1.5%至2.5%；bht抗氧化剂：0.9%至3.4%。8.根据权利要求1所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：其中，所述将碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂进行混炼以得到混炼料块的混炼温度取值范围170摄氏度至200摄氏度；混炼时间取值范围为80分钟至100分钟。9.根据权利要求1所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：其中，所述将所述待注颗粒填加至注射机并向注射模具中进行注射以得到待脱生坯的注射温度取值范围180摄氏度至200摄氏度；注射速度取值范围30mm/s至40mm/s。10.根据权利要求1所述的碳化硅铜基复合材料的制备方法，其特征在于：
其中，所述将所述待烧生坯转移至烧结炉进行烧结以得到最终产物的烧结温度取值范围800摄氏度至1000摄氏度；烧结时间取值范围为1.5小时至2.5小时。11.一种碳化硅铜基复合材料，由权利要求1至10任意一项所述的制备方法所制备。12.一种碳化硅铜基复合材料的原料配方，包括：碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂；其中，所述碳化硅颗粒的体积分数的取值范围为3%至10%；所述铜粉的体积分数的取值范围为75至85%；所述钛粉的体积分数的取值范围为0.8%至1.2%；所述粘结剂的体积分数的取值范围为12%至15%；所述粘结剂包含：聚甲醛pom、hdpe、pp、sebs、abs、eva、sa、wax以及bht抗氧化剂中一种或几种。
技术总结
本申请公开了一种碳化硅铜基复合材料及其制备方法和原料配方，其中制备方法包括：将碳化硅颗粒、铜粉、钛粉以及粘结剂进行混炼以得到混炼料块；将所述混炼料块投入至造粒机进行造粒以得到待注颗粒；将所述待注颗粒填加至注射机并向注射模具中进行注射以得到待脱生坯；将所述待脱生坯转移至草酸炉进行脱脂处理以得到待烧生坯；将所述待烧生坯转移至烧结炉进行烧结以得到最终产物。本申请的有益之处在于提供了一种通过改善碳化硅与铜机体的界面结合强度从而获得较好的材料性能的碳化硅铜基复合材料及其制备方法和原料配方。基复合材料及其制备方法和原料配方。基复合材料及其制备方法和原料配方。
技术研发人员：王宇枭 王祥羽 张露 雍鹏凌 李江
受保护的技术使用者：南京泉峰汽车精密技术股份有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/8
声明：
“碳化硅铜基复合材料及其制备方法和原料配方与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：南京泉峰汽车精密技术股份有限公司
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2024年05月24日 ~ 26日 
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