脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法及复合基板

本发明涉及石墨/铝层状复合材料，具体涉及一种脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法及复合基板。

背景技术：

1、随着电子技术的不断发展，各类电子器件不断朝着高集成化、微型化及高功率化的方向发展，这会导致其热流密度不断增加。为防止器件过热失效，需将热量及时转移排出，这对封装材料的散热能力提出了更高的需求。然而现有的封装材料，如铝，铜，铝碳化硅等，其热导率较低，无法满足密集电子器件的散热需求。

2、高导热石墨，如石墨烯膜，高定向热解石墨等，具有优异的面内热导率，可使热流迅速转移。然而，石墨自身机械强度较差，脱落的石墨粉末颗粒容易引起电子器件短路，需要用轻质高强铝合金将其封装，制成石墨/铝层状复合材料才可满足可靠性需求。现有的制备方法多采用真空热压烧结、液相压力渗透、真空扩散焊等方法，然而这些方法在制造过程中会消耗巨大能源，且时间较久，设备成本较高。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法及复合基板，以降低石墨/铝层状复合材料制备过程中的能源消耗、时间以及设备成本。

2、本发明提出了一种脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，包括：

3、预处理铝合金，以获得铝合金件；

4、预处理石墨，以获得石墨件；

5、按次序堆叠所述铝合金件、所述石墨件及所述铝合金件，形成连接组件，将所述连接组件置于脉冲电流扩散连接装置的电极中间，在保护氛围下对所述连接组件施加压力和脉冲电流进行连接，加热完毕并冷却至室温，获得复合基板。

6、本发明的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，利用脉冲电流的焦耳热以及电迁移等场致效应，可以实现石墨和铝合金之间的结合，从而制成复合基板。传统的复合基板的制备方式为真空热压烧结、真空扩散焊或液相压力渗透，一般采用炉中加热方式，利用加热带辐射传热至连接组件，效率较低，能源耗费巨大，且工艺时间较长，生产制造成本较高，而本发明所述方法，利用脉冲电流对连接组件直接加热，能够高效利用能源，最大化地减少能源损失；且通过脉冲电流的焦耳热、电迁移、电塑性等场致效应，能够加速元素扩散，减少键合所需要的工艺时间，从而减少时间成本。

7、在一些实施例中，所述预处理铝合金，以获得铝合金件的步骤包括：

8、采用800#、1200#、2000#的砂纸对铝合金表面逐级打磨并抛光；

9、将抛光后的所述铝合金浸没于二乙二醇二甲醚溶液中清洗，以获得铝合金件。

10、在一些实施例中，所述预处理石墨，以获得石墨件的步骤包括：

11、对所述石墨进行超声清洗，以去除表面污渍。

12、在一些实施例中，所述方法进一步包括：

13、对清洗后的所述石墨表面进行镀膜处理。

14、在一些实施例中，所述镀膜方式为磁控溅射、化学镀、真空蒸镀和电镀中的任意一种，所述镀膜种类为ti、zr，mo、si、w中的任意一种，所述镀膜的厚度的取值范围为0.1μm-10μm。

15、在一些实施例中，所述铝合金为工业纯铝以及各系铝合金中的任意一种，所述石墨为热等静压石墨、热解石墨以及石墨烯膜中的任意一种。

16、在一些实施例中，所述加热方式为脉冲电流加热，所述脉冲电流的脉冲频率为100hz-10000hz，脉冲宽度为1μs-999ms，占空比为1％-100％。

17、在一些实施例中，加热温度范围为450℃-650℃，保温时间为1min-120min，所述保护氛围为真空氛围或惰性气体氛围，所述惰性气体为氦气、氩气或氮气中的任意一种。

18、在一些实施例中，所述压力的取值范围为1mpa-30mpa，加热时的升温速率为10℃/min-500℃/min，冷却时的降温速率为5℃/min-200℃/min。

19、本发明还提出了一种复合基板，包括两个铝合金件和一石墨件，所述石墨件固定连接于两个所述铝合金件之间。

20、本发明的复合基板由上述的方法制成，上述的方法利用脉冲电流的焦耳热以及电迁移等场致效应，可以实现石墨和铝合金之间的结合，从而制成复合基板。传统的复合基板的制备方式为真空热压烧结、真空扩散焊或液相压力渗透，一般采用炉中加热方式，利用加热带辐射传热至连接组件，效率较低，能源耗费巨大，且工艺时间较长，生产制造成本较高，而本发明所述方法，利用脉冲电流对连接组件直接加热，能够高效利用能源，最大化地减少能源损失；且通过脉冲电流的焦耳热、电迁移、电塑性等场致效应，能够加速元素扩散，减少键合所需要的工艺时间，从而减少时间成本。

技术特征：

1.一种脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，所述预处理铝合金，以获得铝合金件的步骤包括：

3.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，所述预处理石墨，以获得石墨件的步骤包括：

4.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

5.根据权利要求4所述的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，所述镀膜方式为磁控溅射、化学镀、真空蒸镀和电镀中的任意一种，所述镀膜种类为ti、zr，mo、si、w中的任意一种，所述镀膜的厚度的取值范围为0.1μm-10μm。

6.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，所述铝合金为工业纯铝以及各系铝合金中的任意一种，所述石墨为热等静压石墨、热解石墨以及石墨烯膜中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，所述加热方式为脉冲电流加热，所述脉冲电流的脉冲频率为100hz-10000hz，脉冲宽度为1μs-999ms，占空比为1％-100％。

8.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，加热温度范围为450℃-650℃，保温时间为1min-120min，所述保护氛围为真空氛围或惰性气体氛围，所述惰性气体为氦气、氩气或氮气中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，其特征在于，所述压力的取值范围为1mpa-30mpa，加热时的升温速率为10℃/min-500℃/min，冷却时的降温速率为5℃/min-200℃/min。

10.一种复合基板，其特征在于，包括两个铝合金件和一石墨件，所述石墨件固定连接于两个所述铝合金件之间。

技术总结一种脉冲电流辅助制备石墨/铝层状复合材料方法，包括：预处理铝合金，以获得铝合金件；预处理石墨，以获得石墨件；按次序堆叠铝合金件、石墨件及铝合金件，形成连接组件，将连接组件置于脉冲电流扩散连接装置的电极中间，在保护氛围下对连接组件施加压力和脉冲电流进行连接，加热完毕并冷却至室温，获得复合基板。本发明利用脉冲电流对连接组件直接加热，能够高效利用能源，最大化地减少能源损失；且通过脉冲电流的焦耳热、电迁移、电塑性等场致效应，能够加速元素扩散，减少键合所需要的工艺时间，从而减少时间成本。本发明还提出了一种复合基板，包括两个铝合金件和一石墨件。技术研发人员：宋延宇,陈乃斌,孙婕,刘多,胡胜鹏,宋晓国受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）技术研发日：技术公布日：2024/6/18