一种AlSiC复合材料及其制备方法

本申请属于金属基复合材料，尤其涉及一种alsic复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、alsic(铝基碳化硅)是一种铝基碳化硅颗粒增强复合材料，它结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优点，具有导热系数高、热膨胀系数与芯片相匹配、密度低、重量轻，以及硬度高、抗弯强度高等优点，是微电子、功率器件、光电器件封装热管理中的首选材料，被广泛应用于航空、航天、高速铁和微波等重要领域。然而，sic颗粒与铝液之间的润湿性较差，在制备alsic复合材料过程中，难以实现铝液在sic颗粒中均匀分布，从而影响alsic复合材料性能。

2、因此，有必要开发一种新的alsic复合材料的制备方法，以提高sic基板与铝液之间的浸润性。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种alsic复合材料及其制备方法，旨在解决现有的alsic复合材料的制备方法存在因sic颗粒与铝液之间的浸润性较差而导致铝液无法均匀分布在sic基板中的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种alsic复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、提供碳化硅基板，所述碳化硅基板的表面为硅层；

5、将所述硅层的部分硅原子去除，形成若干个凹槽；

6、将碳材料填充到所述凹槽中，形成预处理碳化硅基板；

7、将铝液滴滴附在所述预处理碳化硅基板上，并进行动态拉伸处理，形成alsic复合材料。

8、在实施例中，动态拉伸处理包括：以形变速率为0.9×10-5nm/fs～1.1×10-5nm/fs，沿x轴方向拉伸所述碳化硅基板。

9、在实施例中，动态拉伸处理的时间步长为0.5～1.5fs，仿真次数为105。

10、在实施例中，将所述硅层的部分硅原子去除的步骤包括：利用脉冲激光器对所述碳化硅基板表面进行激光扫描处理，以去除硅层中部分硅原子。

11、在实施例中，所述激光扫描处理的波长为800～1500nm，平均功率为5w/100khz～8w/100khz，脉冲宽度为0.35～20ps，脉冲能量为0.05～0.1mj。

12、在实施例中，所述铝液滴的体积为10～12nm3。

13、在实施例中，所述碳材料选自石墨、石墨烯、碳纳米材料中的至少一种。

14、在实施例中，相邻的所述凹槽的间距为0.15～10nm。

15、在实施例中，所述凹槽的深度为2～3nm；

16、在实施例中，所述凹槽为矩形，所述矩形的长度为87～89nm，宽度为4～6nm。

17、第二方面，本申请提供一种alsic复合材料，包括本申请提供的alsic复合材料的制备方法制得的alsic复合材料。

18、在实施例中，所述alsic复合材料的润湿角＜90℃。

19、与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

20、本申请第一方面提供的alsic复合材料的制备方法，一方面通过去除碳化硅基板表面硅层中的部分碳原子形成若干凹槽，并在凹槽中填充碳材料，形成碳材料镶嵌的预处理碳化硅基板，由于碳原子的活性大于硅原子的活性，碳原子与铝原子之间的结合概率高于碳原子与硅原子之间的结合概率，因此，将铝液滴滴附在预处理碳化硅基板上后，碳化硅表面镶嵌的碳材料可以加快铝原子的迁移率，从而在一定程度上分散了铝液分布，提高碳化硅基板与铝液之间的润湿性；另一方面通过对滴加铝液的预处理碳化硅基板进行动态拉伸处理，可以减弱碳化硅基板中的si原子和c原子之间的距离边长键合作用，可以增强铝原子在扩散过程中与si原子和c原子的结合力，因此，可以加快铝液的扩散速度，从而进一步提高碳化硅基板与铝液之间的润湿性。

21、本申请第二方面提供的alsic复合材料，由于包含本申请提供的alsic复合材料的制备方法制得的alsic复合材料，al在sic基板中分布均匀，因此其具有导热系数高、热膨胀系数低，密度低以及强度高等优点。

技术特征：

1.一种alsic复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述动态拉伸处理包括：以形变速率为0.9×10-5nm/fs～1.1×10-5nm/fs，沿x轴方向拉伸所述碳化硅基板。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述动态拉伸处理的时间步长为0.5～1.5fs，仿真次数为105。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述硅层的部分硅原子去除的步骤包括：利用脉冲激光器对所述碳化硅基板表面进行激光扫描处理，以去除硅层中部分硅原子。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述激光扫描处理的波长为800～1500nm，平均功率为5w/100khz～8w/100khz，脉冲宽度为0.35～20ps，脉冲能量为0.05～0.1mj。

6.如权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铝液滴的体积为10～12nm3。

7.如权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料选自石墨、石墨烯、碳纳米材料中的至少一种。

8.如权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于，相邻的所述凹槽的间距为0.15～10nm；

9.一种alsic复合材料，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述alsic复合材料的制备方法制得的alsic复合材料。

10.如权利要求9所述的alsic复合材料，其特征在于，所述alsic复合材料的润湿角＜90℃。

技术总结本申请涉及金属基复合材料技术领域，提供了一种AlSiC复合材料及其制备方法。其中，AlSiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供碳化硅基板，碳化硅基板的表面为硅层；将硅层的部分硅原子去除，形成若干个凹槽；将碳材料填充到凹槽中，形成预处理碳化硅基板；将铝液滴滴附在预处理碳化硅基板上，并进行动态拉伸处理，形成AlSiC复合材料。本申请提供的AlSiC复合材料的制备方法，通过对滴加铝液的预处理碳化硅基板进行动态拉伸处理，可以减弱碳化硅基板中的Si原子和C原子之间的距离边长键合作用，增强铝原子在扩散过程中与Si原子和C原子的结合力，因此加快铝液的扩散速度，从而进一步提高碳化硅基板与铝液之间的润湿性。技术研发人员：吕祎,廖丰,沈世龙,彭程程,刘德政,吴何畏,叶建民,刘红梅受保护的技术使用者：湖北文理学院技术研发日：技术公布日：2024/6/13