一種疊軋製備鉬纖維銅/鉬複合板的方法

2023-11-11 07:32:17

專利名稱：一種疊軋製備鉬纖維銅/鉬複合板的方法
技術領域：
本發明涉及複合材料的製備，特別是ー種疊軋製備鉬纖維銅/鉬複合板的方法。
背景技術：
隨著電子、信息、能源、汽車等エ業技術的不斷發展，功能用金屬基複合材料越來越受到重視，應用前景廣闊。這種材料需要具有較高的力學性能和高導熱、低熱膨脹、高導電等物理性能。銅/鉬結構複合板具備上述特點，所以一般應用於電子封裝材料。金屬基複合材料主要有以高性能增強纖維、晶須、顆粒等增強的金屬基複合材料；金屬基體中原位自生增強複合材料、層板金屬基複合材料等品種。其製造方法可以分為固態製造技術、液態製造技術和其他製造技木。目前製造銅/鉬複合板的方法主要固態製造技木，其中軋制的主要複合方法是，通過對板材進行表面處理，除去表面汙染層，獲得清潔表面，同時使表面具有一定的粗糙度，軋制時使具有一定粗糙度的板材表面相互嚙合，形成初歩機械結合， 同時通過退火使得界面金屬間相互擴散，進ー步增強界面結合強度。製備具有良好力學、物理性能鉬纖維銅/鉬金屬複合板的關鍵是通過足夠大軋制力使鉬板發生斷裂並釘扎在複合板中，其關鍵技術主要包括表面處理、大變形量疊軋和退火等エ序。通過表面處理把表面汙染層和氧化膜清理乾淨，獲得一定的硬化層，使得軋制過程中可以發生裂縫露出新鮮金屬，利於界面間金屬的嚙合。尋找較佳的變形量、變形速度和變形溫度等條件的疊軋エ藝。在退火エ序中，尋找較佳的退火溫度和時間，使得鉬纖維和銅界面處應カ的釋放、提高元素的擴散能力、材料的組織狀態及持續變形能力等相互匹配，使界面處具有合適厚度的過渡層而形成充分並有效的冶金結合，並使複合板具備所需的微觀組織和力學性能。在有關文獻和專利中也涉及了銅/鉬複合板的製備技木。美國專利文獻 (US4957823，US4950554, US4988392)中指出軋制壓接方法製備銅/鉬/銅複合板；朱愛輝 (西安建築科技大學碩士論文，2006)提出含有助復劑的冷軋製備銅/鉬/銅複合板，認為在界面間加入一層鋁箔作為過渡層，能夠使複合板達到緊密結合；王海山等在文獻(中南大學碩士論文，2004;金屬材料熱處理，2004，四(5)；稀有金屬，2005，四(1))中對銅/鉬/ 銅複合板製備エ藝及性能進行了某些方面的研究，提出了表面處理方式、複合エ藝及退火制度對界面複合質量和強度的影響。均為通過軋制製備層狀複合板。鑑於以上相關的銅/鉬複合板製備技術資料可見，雖然某些關鍵技術已達到成熟，但均未提及疊軋製備鉬纖維銅/鉬複合板。所以通過表面處理、大變形量疊軋和退火的 エ藝製備鉬纖維銅/鉬複合板具有重要意義，此方法簡單、安全且經濟。

發明內容
本發明的目的在幹，提出ー種鉬纖維銅/鉬複合板的製備方法，該方法用普通銅和鉬作為原料，製備的鉬纖維複合板的特點是疊軋後鉬板發生斷裂成纖維狀，分散釘扎在銅板中，滿足現代電子封裝ェ業對高強度、高導電導熱材料的需求。
為了實現上述任務，本發明採取如下的技術解決方案一種疊軋製備鉬纖維銅/鉬複合板的方法，其特徵在幹，按下列步驟進行步驟一，材料預處理取エ業純鉬坯料，在1000°C 1350°C條件下軋製成0. 5mm 2. 5mm的鉬板，並進行熱處理；取厚度為2mm 6mm的エ業純銅板，在600°C溫度條件下退火處理0. 5小吋 1. 5 小時；步驟ニ，分別將熱處理後的鉬板和銅板用水磨床進行表面打磨，使表面的粗糙度 Ra < 7 8 μ m，並用丙酮清洗打磨後的表面，用高壓氣體除去鉬板和銅板表面的油汙、氧化物和雜質；步驟三，將清洗後的銅板和鉬板，以銅/鉬/銅的順序依次疊放在一起，然後將其從一端固定並打磨一定的傾斜度，以便軋機咬入；步驟四，將上述疊合好的材料置於氬氣或氫氣保護的加熱爐中，以750°C 850°C 溫度下保溫20分鐘 30分鐘；步驟五，將加熱後的板材取出並立即以60% 70%的單道次壓下率進行軋制，軋制溫度為750°C 850°C，此時銅板屬於熱軋；步驟六，軋制後，先切去板材上的發生邊裂部分和毛刺，再切成等同的兩部分；步驟七，然後重複步驟ニ至步驟六的操作，並進行4 10道次的累積疊軋；步驟八，將累積疊軋後的板材放在氬氣或氫氣保護的退火爐中，在200°C 900°C 條件下保溫30 120min，然後冷卻至室溫取出，即製成鉬纖維銅/鉬複合板。將上述方法所得的鉬纖維銅/鉬複合板，根據需要的尺寸進行選擇軋制或剪切。本發明採用累積疊軋エ藝，由於多道次疊軋總變形量較大，銅較軟相對於鉬變形較大，產生了拉應カ使鉬板發生斷裂行為，因此，鉬在垂直軋制方向發生斷裂形成纖維狀。 不僅能夠使銅和鉬材料緊密複合在一起，且顯著的提高了複合板材的導電、導熱和膨脹係數可控性等性能。製備的鉬纖維銅/鉬複合板縱向抗拉強度為180 360MPa、橫向抗拉強度為390 620MPa、延伸率為25% 45%。具有製備エ藝簡單、可控性強及成品率高的特點，其最大優點是可用於規模化生產。


圖1是本發明的エ藝流程圖；圖2是固定方式；圖3是採用本發明的方法製備的鉬纖維銅/鉬複合板的結構示意圖。其中圖3(a) 是沿軋制方向結構，圖3(b)是垂直軋制方向結構。以下結合發明人給出的實施例對本發明作進ー步的詳細說明。
具體實施例方式經申請人的進ー步研究表明，在銅/鉬複合板中，鉬纖維釘扎在銅內，當熱環境影響時銅會發生膨脹，此時低膨脹性的鉬對複合板尺寸變化起主要阻礙作用，但所起的作用有限，因此增加鉬纖維密度有利於緩解這ー問題，即增加疊軋次數，這樣就提高了材料在熱
4環境下的尺寸穩定性。同吋，會使複合板的均熱性增強。另外，由於界面的增多，會更有效的防止裂紋的擴展，提高了材料的斷裂韌性和損傷容限性能。實施例1 鉬纖維密度較小銅/鉬複合板的製備參見圖1，鉬纖維密度較小銅/鉬複合板的製備，具體按以下步驟實施一、鉬板和銅板製備取エ業純鉬坯料，在1000°C 1350°C條件下軋製成0. 5mm 2. 5mm的鉬板，並進行熱處理，隨爐冷卻；取エ業純銅板，銅板的厚度為2. Omm 6. 0mm，放在退火爐中，在600°C溫度條件下退火處理1小吋，隨爐冷卻；對上述鉬板和銅板的表面用水磨床進行打磨，使其表面的粗糙度Ra < 7 8 μ m ； 並用丙酮清洗打磨後的表面，以除去鉬板和銅板表面的油汙、氧化物和雜質，同時使用高壓氣體吹乾表面。ニ、將清洗吹乾後的銅板和鉬板以銅/鉬/銅的順序疊放在一起(鉬板的厚度要小於等於銅板厚度，如1 1 1或2 1 2)，疊合後板材的總厚度小於15mm;將其從一端固定(鉚釘連接，圖2中1處)並打磨一定的傾斜度，總體效果如圖2所示，以便軋機咬入；三、將上述疊合好的材料置於氬氣或氫氣等氣體保護的加熱爐中，以750°C 850°C溫度下保溫20分鐘 30分鐘；四、將加熱後的板材取出並立即以60% 70%的單道次壓下率進行軋制，軋制溫度為750 850°C，此時銅板屬於熱軋。五、將軋制後的板材切去除發生邊裂部分和毛刺，再切成等同的兩部分，然後重複上述步驟一中打磨操作至步驟五的操作(重複步驟ニ時要將咬入端固定同時固定尾端)， 並進行4 7道次的累積疊軋；六、將累積疊軋後的板材放在氬氣/氫氣保護的退火爐中，在200°C 900°C、保溫時間30 120min的條件下進行熱處理，然後冷卻至室溫取出進行性能檢測，即製成鉬纖維
密度較小銅/鉬複合板。實施例2 鉬纖維密度較大銅/鉬複合板的製備本實施例按照實例1中的エ藝進行製備，所不同的是，在重複步驟一中打磨操作至步驟五的操作，需要進行8 10道次的累積疊軋，然後執行步驟六的熱處理，即獲得鉬纖維密度較大銅/鉬複合板。經檢測，上述實施例製備的銅/鉬複合板縱向抗拉強度為180 360MPa、橫向抗拉強度為390 620MPa、延伸率為25 % 45 %。可以根據需要的尺寸進行後續選擇軋制或剪切。
權利要求
1. 一種疊軋製備鉬纖維銅/鉬複合板的方法，其特徵在於，按下列步驟進行 步驟一，材料預處理取エ業純鉬坯料，在1000°c 1350°c條件下軋製成0. 5mm 2. 5mm的鉬板，並進行熱處理；取厚度為2mm 6mm的エ業純銅板，在600°C溫度條件下退火處理0. 5小吋 1. 5小時；步驟ニ，分別將熱處理後的鉬板和銅板用水磨床進行表面打磨，使表面的粗糙度 Ra < 7 8 μ m，並用丙酮清洗打磨後的表面，用高壓氣體除去鉬板和銅板表面的油汙、氧化物和雜質；步驟三，將清洗後的銅板和鉬板，以銅/鉬/銅的順序依次疊放在一起，然後將其從ー 端固定並打磨一定的傾斜度，以便軋機咬入；步驟四，將上述疊合好的材料置於氬氣或氫氣保護的加熱爐中，以750°C 850°C溫度下保溫20分鐘 30分鐘；步驟五，將加熱後的板材取出並立即以60% 70%的單道次壓下率進行軋制，軋制溫度為750°C 850°C，此時銅板屬於熱軋；步驟六，軋制後，先切去板材上的發生邊裂部分和毛刺，再切成等同的兩部分； 步驟七，然後重複步驟ニ至步驟六的操作，並進行4 10道次的累積疊軋； 步驟八，將累積疊軋後的板材放在氬氣或氫氣保護的退火爐中，在200°C 900°C條件下保溫30 120min，然後冷卻至室溫取出，即製成鉬纖維銅/鉬複合板。
全文摘要
本發明公開了一種疊軋製備鉬纖維銅/鉬複合板的方法，該方法製備的鉬纖維銅/鉬複合板是通過疊軋使鉬發生斷裂並形成纖維狀，釘扎在銅板中，而且通過疊軋道次可以控制鉬纖維密度，製備方法包括預處理、熱軋複合、累積疊軋、成品退火及後續加工。此方法製備的鉬纖維銅/鉬複合板，通過疊軋可以製備不同鉬纖維密度的銅/鉬複合板，軋制過程中銅鉬界面無開裂現象，在氬氣或氫氣保護條件下熱處理過程中界面無氧化現象，製備的複合板縱向抗拉強度為180～360MPa、橫向抗拉強度為390～620MPa、延伸率為25％～45％，熱膨脹係數可控。具有製備工藝簡單、可控性強及成品率高的特點，其最大優點是可用於規模化生產。
文檔編號B32B37/06GK102529217SQ201110456
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者孔亮, 張兵, 林兆霞, 王峰, 王快社, 王文 申請人:西安建築科技大學