專利名稱：一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鉬-銅疊層復(fù)合材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料的制備方法，特別是指一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料制備方法。屬于復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料，以金屬鑰為芯材，兩面覆無(wú)氧銅板。其既具有鑰的低膨脹性，還具有銅的高導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，可通過(guò)調(diào)節(jié)鑰、銅的厚度來(lái)調(diào)節(jié)其熱膨脹系數(shù)及熱導(dǎo)率，又能與BeO、Al2O3陶瓷匹配，加工成本相對(duì)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(fù)合材料制備工藝有液固結(jié)合軋制法，如公開號(hào)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(chǎn)工藝過(guò)程繁多，熔化冷卻后銅板的表面質(zhì)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(fā)生氫脆，也難以滿足電子工業(yè)高純材料的要求。另有公開號(hào)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(gè)步驟來(lái)，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(jié)合面還會(huì)出現(xiàn)離層、星塵、電鍍泡等缺陷，而噴涂則使成本過(guò)高。還有公開號(hào)為CN1843691A的專利，采用表面處理、包覆、熱軋、退火、冷車U后續(xù)處理六個(gè)步驟來(lái)，得到銅鑰銅電子封裝復(fù)合材料，但其中的熱軋過(guò)程還是易使銅表面產(chǎn)生氧化，且銅、鑰的界面結(jié)合強(qiáng)度偏低。此相關(guān)專利在美國(guó)還有US4950554、US4988392和US4957823，都是采用高溫軋制工藝，其工藝較為復(fù)雜，對(duì)軋制設(shè)備的要求大大提高，疊層間結(jié)合強(qiáng)度也不高。本發(fā)明人還發(fā)表過(guò)采用擴(kuò)散焊接復(fù)合疊層的方法，如公開號(hào)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(duì)其進(jìn)行擴(kuò)散焊接制備多層復(fù)合材料；因此，疊層之間的貼合面積比率相對(duì)較小，致擴(kuò)散焊接復(fù)合強(qiáng)度不高。銅、鐵等具有良好塑性材料的多道次冷軋變形對(duì)鑰疊層結(jié)合強(qiáng)度完全沒有貢獻(xiàn)，而且多層復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度基本上取決于鑰、銅疊層間的擴(kuò)散焊接工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便、銅鑰結(jié)合強(qiáng)度高、板形良好、疊層間厚度偏差小及平行度好的銅-鑰-銅復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度的銅-鑰-銅疊層復(fù)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(kuò)散焊接選取長(zhǎng)寬尺寸相同的兩個(gè)銅片與一個(gè)鑰片，將銅片的一個(gè)面及鑰片的兩個(gè)面表面去除污物后進(jìn)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(kuò)散焊接爐內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)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(jìn)行多道次冷軋，得到銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料。本發(fā)明一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度的銅-鑰-銅疊層復(fù)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。本發(fā)明一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度的銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料的制備方法，銅片厚度為鑰片厚度的2(Γ100%。本發(fā)明一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度的銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料的制備方法，銅片選自普通紫銅、無(wú)氧銅、脫氧銅、特種銅中的至少一種；鑰片為鑰的質(zhì)量百分含量為> 99. 9%的純鑰片?！?br> 本發(fā)明一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度的銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料的制備方法，擴(kuò)散焊接工藝參數(shù)擴(kuò)散焊壓力8 20MPa，擴(kuò)散焊溫度80(Tl000°C，保溫時(shí)間10 30分鐘，擴(kuò)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。本發(fā)明一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度的銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料的制備方法，冷軋?jiān)谄胀▋奢伝蛩妮佨垯C(jī)上進(jìn)行，道次壓下率< 50%，軋制道次f 10次。本發(fā)明采用上述工藝方法，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(fù)合主要依靠原子一原子的機(jī)械嚙合；首先對(duì)疊層組元材料進(jìn)行光亮化處理、擴(kuò)散焊接，使銅、鑰兩組元接觸面之間全面積緊密焊合，達(dá)到較理想結(jié)合強(qiáng)度；隨后，對(duì)已擴(kuò)散焊合的銅-鑰-銅復(fù)合塊進(jìn)行多道次冷軋，一方面，由于疊層之間擴(kuò)散焊接結(jié)合強(qiáng)度較高，疊層間產(chǎn)生平面約束，制約冷軋過(guò)程中金屬的流動(dòng)，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(shí)，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(jìn)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(guò)多道次冷軋，可精確控制銅-鑰-銅復(fù)合塊所需最終厚度，冷軋過(guò)程產(chǎn)生的軸向壓力及剪切拉伸作用，使銅、鑰疊層組元疊層間結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，其最終疊層界面剪切強(qiáng)度可比單純軋制復(fù)合法(4(T70MPa)高出約三倍。此工藝克服了傳統(tǒng)的軋制復(fù)合工藝首先軋制出精確尺寸的疊層組元后擴(kuò)散焊接復(fù)合疊層，存在復(fù)合強(qiáng)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(diǎn)。


附圖I為本發(fā)明實(shí)施例I中擴(kuò)散焊合后的銅-鑰-銅復(fù)合疊片側(cè)面照片，其厚度
為7. 6腿附圖2為本發(fā)明實(shí)施例I中擴(kuò)散焊合+完全冷軋?zhí)幚砗蟮你~-鑰-銅復(fù)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(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實(shí)施例I :
選取尺寸為2. 0X50X70 mm的TUl無(wú)氧銅板兩塊，尺寸為3. 6 X 50 X 70 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)99. 95%純鑰板一塊；首先對(duì)兩塊無(wú)氧銅板的一個(gè)面選取2000金相砂紙進(jìn)行打磨又采用拋光布對(duì)打磨過(guò)表面進(jìn)行光亮化處理，使其表面粗糙度達(dá)到RaO. 05，還對(duì)純鑰板的兩上下表面依次選擇240、600、800、1200、1500、2000金相砂紙進(jìn)行打磨后又拋光布進(jìn)行光亮化處理，使其表面粗糙度達(dá)到RaO. I ;將此處理過(guò)的無(wú)氧銅與純鑰板按照銅、鑰、銅次序疊置，且以光亮化處理過(guò)的表面相接觸，置于氫氣保護(hù)的擴(kuò)散焊接爐內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散焊接，焊接工藝為8MPa的擴(kuò)散焊壓力，1000°C的擴(kuò)散焊溫度，20分鐘的保溫時(shí)間；焊合后的銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料采用兩輥冷軋機(jī)，依次進(jìn)行40%、30%、30%、20%壓下率的冷軋減薄，得到疊層復(fù)合片厚度為I. 8 mm ;接著對(duì)冷軋后的片料置于氫氣氛爐內(nèi)進(jìn)行600°C +20min的中間退火；又放入兩輥冷軋機(jī)內(nèi)，又依次進(jìn)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(fù)合片。此銅-鑰-銅疊層復(fù)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(nèi)，疊層間結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到210MPa。實(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)
99. 9%的純鑰板一塊；首先對(duì)兩塊紫銅板的一個(gè)面選取2000金相砂紙進(jìn)行打磨又采用絨布進(jìn)行拋光機(jī)處理，使其表面粗糙度達(dá)到RaO. 05，對(duì)純鑰板選取有光亮軋輥的兩輥冷軋機(jī)5%壓下率冷軋?zhí)幚恚蛊浔砻娲植诙冗_(dá)到Ral. 6，后對(duì)軋后表面采用酸堿除油除脂去氧化物；將此處理過(guò)的紫銅與純鑰板按照銅、鑰、銅次序疊置，且以光亮化處理過(guò)的表面相接觸，擴(kuò)散焊接工藝為置于氬氣保護(hù)的擴(kuò)散焊接爐內(nèi)，20MPa的擴(kuò)散焊壓力，900°C的擴(kuò)散焊溫度，10分鐘的保溫時(shí)間；焊合后的銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料采用兩輥冷軋機(jī)，進(jìn)行三個(gè)道次30%壓下率的冷軋減薄，得到疊層復(fù)合片厚度為I. 20 mm ;接著對(duì)冷軋后的片料置于氫氣氛爐內(nèi)進(jìn)行600°C +20min的中間退火；又放入兩輥冷軋機(jī)內(nèi)，依次進(jìn)行50%、40%、30%壓下率的冷軋減薄，得到最終厚度為O. 25 mm的疊層復(fù)合片。此銅-鑰-銅疊層復(fù)合片疊層間平行度良好，各組元疊層厚度偏差在±5μπι以內(nèi)，疊層間結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到190MPa。實(shí)施例3 選取尺寸為2. O X 50 X 70 mm的TUP脫氧銅板兩塊，尺寸為2. O X 50 X 70 mm鑰質(zhì)量
分?jǐn)?shù)99. 98%的純鑰板一塊；首先對(duì)兩塊電解銅板選取光亮軋輥的兩輥冷軋機(jī)5%壓下率冷軋?zhí)幚?，使其表面粗糙度達(dá)到RaO. 8，后對(duì)軋后表面采用酸堿除油除脂去氧化物，又對(duì)純鑰板的兩上下表面依次選擇240、600、800、1200的金相砂紙進(jìn)行打磨后又拋光布進(jìn)行光亮化處理，使其表面粗糙度達(dá)到RaO. 8 ;將此處理過(guò)的電解銅與純鑰板按照銅、鑰、銅次序疊置，且以光亮化處理過(guò)的表面相接觸，擴(kuò)散焊接工藝為置于真空度6. OX 10_3Pa的擴(kuò)散焊接爐內(nèi)，以15MPa的擴(kuò)散焊壓力，800°C的擴(kuò)散焊溫度，30分鐘的保溫時(shí)間；焊合后的銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料采用兩輥冷軋機(jī)，依次進(jìn)行40%、30%、20%壓下率的冷軋減薄，得到疊層復(fù)合片厚度為2. O mm ;接著對(duì)冷軋后的片料置于氬氣氛爐內(nèi)進(jìn)行600°C +20min的中間退火；后又放入兩輥冷軋機(jī)內(nèi)，依次采用50%、40%、35%壓下率的冷軋減薄，得到最終厚度為O. 40mm的疊層復(fù)合片。此銅-鑰-銅疊層復(fù)合片疊層間平行度良好，各組元疊層厚度偏差在±10 μ m以內(nèi)，疊層間結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到170MPa。
權(quán)利要求
1.一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料制備方法，包括下述步驟 第一步，銅、鑰兩種疊層組元的擴(kuò)散焊接 選取長(zhǎng)寬尺寸相同的兩個(gè)銅片與一個(gè)鑰片，將銅片的一個(gè)面及鑰片的兩個(gè)面表面去除污物后進(jìn)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(kuò)散焊接爐內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)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(jìn)行多道次冷軋，得到銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料制備方法，其特征在于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。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料制備方法，其特征在于所述銅片厚度為鑰片厚度的2(Γ100%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料制備方法，其特征在于所述銅片選自普通紫銅、無(wú)氧銅、脫氧銅、特種銅中的至少一種；鑰片為鑰的質(zhì)量百分含量為彡99. 9%的純鑰片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料制備方法，其特征在于所述擴(kuò)散焊接工藝參數(shù)擴(kuò)散焊壓力8 20MPa，擴(kuò)散焊溫度80(Tl00(TC，保溫時(shí)間1(Γ30分鐘，擴(kuò)散焊接氣氛為真空度< I. 0X10-2Pa的真空、氫氣或者惰性氣體中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鑰-銅疊層復(fù)合材料制備方法，其特征在于所述冷軋?jiān)谄胀▋奢伝蛩妮佨垯C(jī)上進(jìn)行，道次壓下率< 50%，軋制道次f 10次。
全文摘要
一種高結(jié)合強(qiáng)度高精度銅-鉬-銅疊層復(fù)合材料制備方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。此方法首先擴(kuò)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(xù)塑性變形中金屬的流動(dòng)，使各組元疊層的變形量與復(fù)合疊片總變形量相等；后冷軋此銅-鉬-銅疊層復(fù)合疊片，通過(guò)施加塑性變形增強(qiáng)鉬、銅疊層間原子的貼合率，而達(dá)到進(jìn)一步增加結(jié)合強(qiáng)度的目的。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有疊層結(jié)合強(qiáng)度高、疊層尺寸精確、組分調(diào)整靈活、缺陷率低、短流程等優(yōu)點(diǎn)。適于工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23K20/00GK102941441SQ20121043361
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者王德志, 楊益航, 林高用, 王小鷹, 陳點(diǎn)點(diǎn), 董小嘉 申請(qǐng)人:中南大學(xué)