一種金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于負(fù)熱膨脹材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3O12及其制備方法。該復(fù)合材料由鋁與ZrMgMo3O12固相燒結(jié)制成，以質(zhì)量百分比計(jì)，鋁占總質(zhì)量的20%~80%。本發(fā)明所提供的復(fù)合材料Al-ZrMgMo3O12采用固相合成法在空氣氛圍下制備，制備過程簡單、成本較低，適合工業(yè)化生產(chǎn)；該復(fù)合材料具有可變的容抗阻抗和熱膨脹系數(shù)，能夠較好的滿足于集成電路和芯片封裝技術(shù)方面對硅基材料熱匹配的要求，可供電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因而具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于負(fù)熱膨脹材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合 材料Al-ZrMgM〇3012及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在溫度劇烈變化或者變化較大的環(huán)境下，由于不同材料熱膨脹系數(shù)存在不同，甚 至同一材料由表面到內(nèi)部的不同深度，因?yàn)闊崽荻纫矔?dǎo)致出現(xiàn)熱膨脹區(qū)別，從而導(dǎo)致熱 應(yīng)力。熱應(yīng)力會導(dǎo)致零部件尺寸的變化、器件疲勞、斷裂等不同程度損傷。為了減少不同材 料之間的熱應(yīng)力，必須探索熱膨脹系數(shù)為零或接近零、或能夠匹配的材料，負(fù)熱膨脹材料的 發(fā)現(xiàn)為解決此問題提供了契機(jī)。
[0003] 近年來，通過負(fù)熱膨脹材料與常用材料進(jìn)行復(fù)合制備近零膨脹或可控膨脹材料已 經(jīng)成為材料制備中的熱點(diǎn)之一。負(fù)熱膨脹材料與常用材料的復(fù)合研究有：負(fù)熱膨脹材料與 陶瓷復(fù)合、負(fù)熱膨脹材料與金屬復(fù)合、負(fù)熱膨脹材料與高分子材料復(fù)合等。目前針對負(fù)熱膨 脹材料與金屬復(fù)合制備的可控膨脹材料研究成果較為突出，尤其是可望在集成電路和芯片 封裝技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，從而實(shí)現(xiàn)同時滿足對封裝材料散熱、導(dǎo)電、低膨脹及與硅基 熱匹配的目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo30 12及 其制備方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下。
[0006] -種金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012，由鋁與ZrMgM 〇3012固相燒結(jié)制 成，以質(zhì)量百分比計(jì)，鋁占總質(zhì)量即鋁粉與ZrMgMo30 12質(zhì)量之和的209Γ80%，優(yōu)選60%。
[0007] 所述金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012的制備方法，包括以下步驟： (1) 將鋁粉與ZrMgM〇3012研磨混合均勻； (2) 將步驟（1)所得混合均勻物料進(jìn)行壓片； (3) 將步驟（2)所制備的壓片進(jìn)行燒結(jié)，自然降溫得到新型負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料 Al-ZrMgMo3012〇
[0008] 步驟（1)中為使鋁粉與ZrMgM〇3012混合均勻，優(yōu)選加入無水乙醇。
[0009] 步驟（1)中所述鋁粉占鋁粉與ZrMgMo3012質(zhì)量之和的209Γ80%。
[0010] 步驟（2)中所述壓片為壓片機(jī)在10?12MPa壓力下壓制5 min所制備的素胚體。
[0011] 步驟（3)中所述燒結(jié)為650°C ?700°C保溫4 h。
[0012] 本發(fā)明所提供的金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料，兼具良好導(dǎo)電性和低膨脹系數(shù) 性能，具有廣闊的應(yīng)用潛力。本發(fā)明的有益效果具體體現(xiàn)在：本發(fā)明所提供的復(fù)合材料 Al-ZrMgM〇3012采用固相合成法在空氣氛圍下制備，制備過程簡單、成本較低；適于工業(yè)化生 產(chǎn)。當(dāng)A1與ZrMgMo^d^質(zhì)量比取值為6 : 4時，復(fù)合材料41-2-81〇3012在1^飛001：范圍 內(nèi)，利用RST5000型電化學(xué)工作站測得該種復(fù)合材料阻抗為7. 68 Ω ;利用LINSEIS DIL L76 熱膨脹儀測試樣品的膨脹系數(shù)8. 72Χ1(Γ6/Κ，約為A1膨脹系數(shù)（23. 79Χ1(Γ6/Κ)的1/3。從 上述數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明所提供的金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM 〇3012具有可變 的容抗阻抗和熱膨脹系數(shù)，能夠較好的滿足于集成電路和芯片封裝技術(shù)方面對硅基材料熱 匹配的要求，可供電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因而具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為實(shí)施例1-5所制備的金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇30 12的XRD圖 譜；以A1 : ZrMgM〇3012的質(zhì)量比計(jì)，實(shí)施例1為2 : 8,實(shí)施例2為4 : 6,實(shí)施例3為5 : 5,實(shí)施例4為6 : 4,實(shí)施例5為8 : 2 ; 圖2為實(shí)施例1-5所制備金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012的SEM圖片， (a-e)為A1 : ZrMgMo3012S不同質(zhì)量比時所制備樣品，（a)實(shí)施例1即A1 : ZrMgMo3012=2 : 8，（b)實(shí)施例 2 即 A1 : ZrMgMo3012=4 : 6，（c)為實(shí)施例 3 即 A1 : ZrMgMo3012=5 : 5，（d) 實(shí)施例 4 即 A1 : ZrMgMo3012= 6 : 4，（e)實(shí)施例 5即 A1 : ZrMgMo3012= 8 : 2; 圖3為實(shí)施例2所制備金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012的EDS能譜；圖3a 為實(shí)施例2的SEM圖，對圖3a的SEM的Pi處、P2處分別進(jìn)行EDS圖譜分析，得到圖3b和圖 3c〇
[0014] 圖4為實(shí)施例1-5所制備的金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇30 12的熱分 析圖譜，以A1 : ZrMgM〇3012的質(zhì)量比計(jì)，實(shí)施例1為2 : 8,實(shí)施例2為4 : 6,實(shí)施例3為 5 : 5,實(shí)施例4為6 : 4,實(shí)施例5為8 : 2 ; 圖5為實(shí)施例1-5所制備金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012及ZrMgM 〇3012、 A1的阻抗隨頻率變化的曲線，（a)為ZrMgM〇3012 ; (b-f)為A1 : ZrMgM〇3012為不同質(zhì)量 比時制備樣品，其中（b)為實(shí)施例1即A1 : ZrMgM〇3012=2 : 8,（c)為實(shí)施例2即A1 : ZrMgMo3012=4 : 6，（d)為實(shí)施例 3 即 A1 : ZrMgMo3012=5 : 5，（e)為實(shí)施例 4 即 A1 : ZrMgMo3012=6 : 4,（f)為實(shí)施例 5 即 A1 : ZrMgMo3012=8 : 2,（g)為 A1; 圖6為實(shí)施例1-5所制備金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012及ZrMgM 〇3012、Al 的線性膨脹曲線，其中（a)為ZrMgM〇3012;(b-f)為A1 : ZrMgM〇3012S不同質(zhì)量比時制備樣 品，其中（b)為實(shí)施例 1 即 A1 : ZrMgM〇3012=2 : 8，（c)為實(shí)施例 2 即 A1 : ZrMgM〇3012=4 : 6，（d)為實(shí)施例 3 即 A1 : ZrMgMo3012=5 : 5，（e)為實(shí)施例 4 即 A1 : ZrMgMo3012=6 : 4， ⑴為實(shí)施例 5 即 A1 : ZrMgMo3012=8 : 2,（g)為 A1。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地 理解和實(shí)踐本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0016] 實(shí)施例1 本實(shí)施例所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012中鋁占總質(zhì)量即 鋁與ZrMgMo3012質(zhì)量之和的20%，即以質(zhì)量比計(jì)，A1 : ZrMgMo3012=2 : 8。其制備方法，具體 包括以下步驟： (1)將A1粉和ZrMgM〇3012以2 : 8的質(zhì)量比在瑪瑙研缽中混合，研磨20 min后加入無 水乙醇繼續(xù)研磨2 h，以確保其混合均勻；ZrMgM〇3012以固相法制備。
[0017] (2)將步驟（1)中混合均勻的A1粉與ZrMgMo3012的混合物料使用769YP-15A型粉 末半軸壓片機(jī)在10 MPa壓力下壓5 min，制備得到直徑10_，高5mm的圓柱形素胚體。
[0018] (3)將步驟（2)制備的素胚體置于箱式爐中以5°C /min的升溫速率從室溫升至 700°C，保溫4 h，自然降溫得到新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012。
[0019] 對所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012進(jìn)行X射線衍射 (XRD)圖譜物相分析，其結(jié)果如圖1所示。經(jīng)分析知，其生物相主要為Al-ZrMgM 〇3012。本實(shí) 施例所制備新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇30 12的SEM圖片見圖2a，熱分析圖 譜見圖4。
[0020] 實(shí)施例2 本實(shí)施例所制備的新型負(fù)金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012中鋁占總質(zhì)量 即鋁與ZrMgMo3012質(zhì)量之和的40%，即以質(zhì)量比計(jì)，A1 : ZrMgMo3012=4 : 6。
[0021] 制備方法與實(shí)施例1相同。
[0022] 對所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012進(jìn)行X射線衍射 (XRD)譜物相分析，其結(jié)果如圖1所示，經(jīng)分析知，其生物相主要為Al-ZrMgM 〇3012。
[0023] 對本實(shí)施例所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo30 12進(jìn)行進(jìn)一 步的分析。本實(shí)施例所制備新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇30 12的SEM圖片 見圖2b，EDS能譜見圖3,熱分析圖譜見圖4。
[0024] 實(shí)施例3 本實(shí)施例所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012中鋁占總質(zhì)量即 鋁與ZrMgMo3012質(zhì)量之和的50%，即以質(zhì)量比計(jì)，A1 : ZrMgMo3012=5 : 5。
[0025] 制備方法與實(shí)施例1相同。
[0026] 對所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012進(jìn)行X射線衍射 (XRD)譜物相分析，其結(jié)果如圖1所示，經(jīng)分析知，其生物相主要為Al-ZrMgM 〇3012。本實(shí)施 例所制備新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇30 12的SEM圖片見圖2c，熱分析圖譜 見圖4。
[0027] 實(shí)施例4 本實(shí)施例所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012中鋁占總質(zhì)量即 鋁與ZrMgMo3012質(zhì)量之和的60%，即以質(zhì)量比計(jì)，A1 : ZrMgMo3012=6 : 4。
[0028] 制備方法與實(shí)施例1相同。
[0029] 對所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012進(jìn)行X射線衍射 (XRD)譜物相分析，其結(jié)果如圖1所示，經(jīng)分析知，其生物相主要為A1和ZrMgM 〇3012。本實(shí) 施例所制備新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇30 12的SEM圖片見圖2d，熱分析圖 譜見圖4。
[0030] 實(shí)施例5 本實(shí)施例所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012中鋁占總質(zhì)量即 鋁與ZrMgMo3012質(zhì)量之和的80%，即以質(zhì)量比計(jì)，A1 : ZrMgMo3012=8 : 2。
[0031] 制備方法與實(shí)施例1相同。
[0032] 對所制備的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012進(jìn)行X射線衍射 (XRD)譜物相分析，其結(jié)果如圖1所示，經(jīng)分析知，其生物相主要為A1和ZrMgM〇3012。本實(shí) 施例所制備新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012的SEM圖片見圖2e，熱分析圖 譜見圖4。
[0033] 性能測試實(shí)驗(yàn) 為進(jìn)一步檢驗(yàn)本發(fā)明所提供的新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012的相 關(guān)性能，發(fā)明人針對新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012的電學(xué)性能和熱膨脹 性能指標(biāo)做了進(jìn)一步的檢測實(shí)驗(yàn)。
[0034] 電學(xué)性能 電學(xué)性能采用RST5000型電化學(xué)工作站進(jìn)行檢測。
[0035] 圖5為實(shí)施例1-5所制備新型金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇30 12的阻抗 隨頻率變化的曲線。金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgM〇3012中A1的質(zhì)量比大于40% 時，復(fù)合材料的阻抗開始呈電阻特性，下表為所測得的電阻特性的復(fù)合材料的阻抗值。

【權(quán)利要求】
1. 一種金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012，其特在于，該復(fù)合材料由錯與 ZrMgM〇3012固相燒結(jié)制成，以質(zhì)量百分比計(jì)，鋁占總質(zhì)量即鋁粉與ZrMgM〇30 12質(zhì)量之和的 209Γ80%。
2. 如權(quán)利要求1所述負(fù)熱膨脹材料Al-ZrMgM〇3012，其特在于，鋁占總質(zhì)量的60%。
3. 權(quán)利要求1所述金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012的制備方法，其特征在 于，該方法包括以下步驟： (1) 將鋁粉與ZrMgM〇3012研磨混合均勻； (2) 將步驟（1)所得混合均勻物料進(jìn)行壓片； (3) 將步驟（2)所制備的壓片進(jìn)行燒結(jié)，自然降溫得到新型負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料 Al-ZrMgMo3012〇
4. 如權(quán)利要求3所述金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012的制備方法，其特征 在于，步驟（1)中為使鋁粉與ZrMgM 〇3012混合均勻，加入無水乙醇。
5. 如權(quán)利要求3所述金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012的制備方法，其特征 在于，步驟（1)中所述鋁粉占鋁粉與ZrMgMo 3012質(zhì)量之和的209Γ80%。
6. 如權(quán)利要求3所述金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012的制備方法，其特征 在于，步驟（2)所述壓片為壓片機(jī)在10 ~12MPa壓力下壓制5 min所制備的素胚體。
7. 如權(quán)利要求3所述金屬-負(fù)熱膨脹材料復(fù)合材料Al-ZrMgMo3012的制備方法，其特征 在于，步驟（3)所述燒結(jié)為650°C?700°C保溫4 h。
【文檔編號】C22C29/12GK104120309SQ201410333612
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】晁明舉, 肖瀟, 李玉成, 張牛, 梁二軍, 李玉祥, 馮東省 申請人:鄭州大學(xué)