一种金属基陶瓷增强复合材料及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于增强复合材料技术领域，具体涉及一种金属基陶瓷增强复合材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.随着现代电子和半导体行业的快速发展，各领域信息化程度越来越高。各种电子器件的发热量不断提高，因此对器件的散热与内部热应力提出了更高的要求。金属基陶瓷增强复合材料一般具有高导热、低膨胀和低密度的性能。通常金属基材料的热膨胀系数较高，如铝的热膨胀系数达到23.5
×
10-6
/k，在电子封装材料使用时易产生热应力使电子器件失效。而陶瓷相材料具有较低的热膨胀系数和较高的热导性能，如金刚石与铝复合后的材料具有较理想的热膨胀系数和较高的热导性能。一般来说，金属基陶瓷增强复合材料的热性能随着陶瓷相材料含量的增加而提高，因而高体积含量的金属基陶瓷增强复合材料在电子器件封装领域更具有应用价值，尤其是金刚石铝基复合材料。
3.由于高陶瓷相材料颗粒体积分数的金属基陶瓷增强复合材料在材料制备过程中较为困难，目前的制备方法主要有包括液态法和固态法，具体包括热压烧结法、放电等离子烧结法、高温高压烧结法、无压自浸渗法、气压浸渗法等。然而由于陶瓷相材料的可加工性较差，制备得到陶瓷相的体积分数较高的金属基陶瓷增强复合材料，液态法和固态法通常均需要高温(如1000℃以上)的真空环境，还需要添加气压等装置，制备条件较为苛刻，生产成本高。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种金属基陶瓷增强复合材料的制备方法，具有生产效率较高、生产成本低的特点，同时所制得的复合材料中陶瓷相体积分数高。
5.本发明还提出一种金属基陶瓷增强复合材料。
6.本发明还提出一种电子封装材料。
7.本发明还提出一种电子材料。
8.本发明还提出上述金属基陶瓷增强复合材料、电子封装材料或电子材料的应用。
9.本发明的第一方面，提出了一种金属基陶瓷增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：
10.s1，将陶瓷材料和金属基体材料的混合物ⅰ，加热至体系中金属基体材料至少部分呈液态，得到混合物ⅱ；
11.s2，所述混合物ⅱ经挤压过滤去除部分或全部液态金属基体材料，得到所述金属基陶瓷增强复合材料；
12.其中，当混合物ⅱ中金属基体材料部分呈液态时，挤压过滤去除部分或全部液态金属基体材料；
13.当混合物ⅱ中金属基体材料全部呈液态时，挤压过滤去除部分液态金属基体材料。
14.根据本发明实施例的金属基陶瓷增强复合材料的制备方法，至少具有以下有益效果：本发明采用挤压过滤法制备金属基陶瓷增强复合材料，所需设备和工艺较目前常规制备方法相比，制备条件较为温和，生产效率高，所需设备数量较少，生产工艺大幅缩短，成本较低，而且挤压过滤法是挤压成形，近净成形，所得复合材料组织致密，综合性能优异。本发明利用过滤挤压的方式分离出常规体积分数复合材料中的基体金属材料以得到陶瓷相的体积分数高的复合材料，所得复合材料与目前市场产品相比，热导率大幅提升。在本发明中的一些实施例中，复合材料中陶瓷相的体积分数可高达75％～90％，复合材料的热导率可约达634w/(m
·
k)，复合材料各项性能优异，可用于电子和半导体行业中，如军事工业、民用生活、航空航天等技术领域，尤其是在军事预警雷达、电子芯片、飞行器等领域中具有广阔的应用前景。
15.步骤s2中，加热至金属基体材料固相线温度以上，使金属基体材料为液态或者半固体，保证金属基体材料中含有一定的金属液体，得到复合材料熔体。复合材料熔体处于固液共存的半固态，其中液相的流动性比固相大，因此当外加压力时，液态基体与固态物料就会发生部分分离。当把液相部分分离出来，剩余的复合材料熔体中陶瓷材料的体积分数会提升，这样就达到了一种浓缩效果，从而得到陶瓷相的体积分数高的复合材料。
16.在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料包括碳化硅、金刚石、碳化硼、氧化铝或氮化硼中的至少一种。
17.本发明中的陶瓷材料为高热导率低热膨胀的陶瓷材料，可使所得金属基陶瓷增强复合材料具有高热导率、低热膨胀等性能。
18.在本发明的一些优选的实施方式中，所述陶瓷材料包括金刚石。
19.金刚石具有较好的散热性能(热导率为：600-2000w
·
m-1
·
k-1
)、低的热膨胀性(热膨胀系数为：1.5
×
10-6-4.8
×
10-6
/k)、低密度(3.52g/cm3)及超高的硬度等诸多优异的性能，因此，采用金刚石颗粒制得的铝基金刚石增强复合材料兼顾高热导、低膨胀和低密度的特点，成为第四代导热材料。为了实现超高热导率，铝基金刚石增强复合材料中金刚石的体积分数需要达到一个非常高的水平。但是金刚石复合材料可加工性极差，目前，高体积分数的金刚石复合材料的制备方式主要有固相法和液相法。固相法因金刚石的流动性不强，在如粉末冶金制备过程中金刚石体积分数达到50％左右时，一般会出现团聚现象，导致材料成分不均匀，热导会开始下降，使用性能大幅下降；采用液相法时，虽金刚石体积分数可达65％左右，然而制备中熔渗压力增大，预制件强度无法承受，不易成型。目前，这些制备方法由于自身的限制，金刚石的含量存在一个无法突破的上限(约达50％)，无法在工业化大规模生产中得到广泛应用。
20.本发明中采用挤压过滤法制备金属基陶瓷增强复合材料是一种高效的复合材料制备方法，工艺较为简单，生产效率高，设备要求相对较低，且挤压过滤法是挤压成形，所得复合材料组织致密，综合性能优异。本发明利用过滤挤压的方式分离出常规体积分数复合材料中的基体金属材料以得到金刚石的体积分数高的复合材料，复合材料中金刚石的体积分数可达60％以上，且，所得复合材料实现超高热导率，具有密度低、热膨胀系数与芯片材料相匹配的特点。在本发明中的一些实施例中，复合材料中陶瓷相的体积分数可高达75％
～90％，复合材料的热导率可约达634w/(m
·
k)，热膨胀系数为6.1
×
10-6
k-1
，在以铜基体的复合材料的热导率甚至可高达750w/(m
·
k)，本发明中的金属基陶瓷增强复合材料各项性能优秀。本发明可根据电子器件实际需求通过设计陶瓷相体积分数实现热膨胀系数可调。同时，与铝基碳化硅增强复合材料相比，本发明中铝基金刚石增强复合材料导热性能更优，热膨胀系数与芯片更匹配，在电子和半导体行业具有广阔的应用前景。
21.目前航天航空领域中，所用材料为了满足航天航空领域高导热的发展，材料在满足高导热系数、与芯片材料相匹配的热膨胀系数的同时，还需要满足轻质化的要求。而本发明中的铝基金刚石增强复合材料由于具有优异的各项性能，可满足航天航空领域高导热的发展中对新型材料的需求。
22.在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料为陶瓷材料粉末，所述陶瓷材料粉末为微纳米尺寸。
23.在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料的颗粒纯度大于95％。
24.在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料的平均粒径为1-400μm。
25.其中，不同的陶瓷材料颗粒的最优粒径不一，可根据具体陶瓷材料的不同，选择更加优秀的粒径。
26.在本发明的一些优选的实施方式中，所述陶瓷材料的平均粒径为15-200μm。
27.在本发明的一些优选的实施方式中，所述陶瓷材料的平均粒径为30-80μm。
28.在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料包括金刚石，所述金刚石的平均粒径为80-200μm。
29.在本发明的一些优选的实施方式中，所述金刚石的平均粒径为90-200μm。
30.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述金刚石的平均粒径为90-120μm。
31.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述金刚石的平均粒径为100μm。
32.在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料包括碳化硼，所述碳化硼的平均粒径为1-10μm。
33.在本发明的一些优选的实施方式中，所述陶瓷材料包括碳化硼，所述碳化硼的平均粒径为4μm。
34.在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料包括碳化硅，所述碳化硅的平均粒径为15-50μm。
35.在本发明的一些实施方式中，所述金属基体材料包括金属单质或合金中的至少一种。
36.在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属单质包括铜或铝中的至少一种。
37.其中，尤其是金属铝，其密度较低，在地球上储量丰富，熔点为660℃，价格更低廉，更加便于大规模生产。
38.在本发明的一些优选的实施方式中，所述合金包括铝合金或铜合金的至少一种。
39.在本发明的一些实施方式中，所述金属基体材料的纯度大于99％。
40.在本发明的一些实施方式中，所述金属基体材料的平均粒径为10-300μm。
41.在本发明的一些实施方式中，所述金属基体材料包括铸锭。
42.通过上述实施方式，铸锭尺寸不定，可根据实际生产需要，选取合适的铸锭尺寸。
43.在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属基体材料的平均粒径为30-80μm。
44.在本发明的一些实施方式中，混合物ⅰ中，所述陶瓷材料的体积分数为5-30％。
45.在本发明的一些优选的实施方式中，混合物ⅰ中，所述陶瓷材料的体积分数为10-20％。
46.通过上述实施方式，混合物ⅰ中，陶瓷材料含量越高，当挤压过滤中的挤压行程相同时，最后所得复合材料中的陶瓷相含量越高。
47.在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，将陶瓷材料和金属基体材料混合，得到混合物ⅰ。
48.在本发明的一些优选的实施方式中，陶瓷材料的表面经过改性处理后与金属基体材料混合。
49.改性处理的作用包括增强陶瓷材料和金属基体材料的润湿性，使陶瓷材料能够与金属基体材料产生良好的结合，具体还能够增加增强陶瓷材料与金属基体材料的接触面积，减小热阻，增加热导。
50.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述改性处理的方式包括高温氧化或界面合金化中的至少一种。
51.增强相颗粒如金刚石，与铝的润湿较差，如果不经过表面改性或者改性不合理，在制备过程中，铝与金刚石界面会有空隙，造成热导和热膨胀性能较差，本发明中采用的改性处理包括电镀ti或cr等，能够增加两者界面润湿性，提高金属基陶瓷增强复合材料的热物理性能。
52.在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，将陶瓷材料和金属基体材料的混合物ⅰ，经冷压成型，加热至体系中金属基体材料至少部分呈液态，得到混合物ⅱ。
53.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤s1中，冷压成型的压强为250-500mpa。
54.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤s1中，冷压成型的压强为300-500mpa。
55.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤s1中，冷压成型的保压时间为1-5min。
56.在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述陶瓷材料和金属基体材料的混合方式包括采用非介入式材料均质机、v型混料机、干式搅拌机或湿式球磨装置进行混料。
57.在本发明的一些优选的实施方式中，所述混合方式为采用非介入式材料均质机进行混料。
58.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述非介入式材料均质机的转速为1000-3000r/min。
59.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述非介入式材料均质机的自传/公转为0.6-0.8。
60.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述混料时间为1min-10min。
61.在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述加热的工艺包括分阶段保温加热工艺。
62.采用分阶段保温加热工艺，可增强最终得到的金属基陶瓷增强复合材料的使用性能，尤其适用于尺寸比较大的金属基陶瓷增强复合材料。相比较分阶段保温加热工艺，连续加热的方式过程中，油脂等易混入复合材料中，使复合材料性能下降。
63.在本发明的一些优选的实施方式中，所述分阶段保温加热工艺，包括如下步骤：
64.加热到295-305℃保温3-5min，再加热到595-605℃保温3-5min，再加热到655-664
℃保温3-5min，最后加热到665-900℃保温10-40min。
65.通过上述实施方式，295-305℃段加热是为了除水分；595-605℃段加热是为了除去油脂成分；655-664℃段加热是为了使金属基体材料熔化前被加热物料均匀受热；665-900℃段的温度高于金属基材料的熔化温度，使金属基体材料充分熔化。其中，最后加热到665-900℃保温10-40min，以达到所设计的混合物ⅱ中固液比例，以满足最终所得复合材料中陶瓷相的高体积分数。当最后温段达800℃以上时，可熔化其他高温相更好地促进金属基材料与陶瓷相材料的界面结合。
66.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述分阶段保温加热工艺，包括如下步骤：
67.加热到295-305℃保温3-5min，再加热到595-605℃保温3-5min，再加热到655-664℃保温3-5min，最后加热到665-720℃保温10-40min。
68.在本发明的一些更优选的实施方式中，加热到295-305℃保温3-5min，再加热到595-605℃保温3-5min，再加热到655-665℃保温3-5min，最后加热到720-800℃保温20-40min。
69.通过上述实施方式，当陶瓷材料为金刚石，金属基体材料为铝，则720-800℃下20min以上的保温时间，可以保证金刚石/铝界面更好结合。
70.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述分阶段保温加热工艺，包括如下步骤：
71.加热到295-305℃保温3-5min，再加热到595-605℃保温3-5min，再加热到655-665℃保温3-5min，最后加热到715-725℃保温10-20min。
72.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述分阶段保温加热工艺，包括如下步骤：
73.加热到300℃保温3-5min，再加热到600℃保温3-5min，再加热到660℃保温3-5min，最后加热到720℃保温10-20min。
74.在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，所述混合物ⅱ于挤压过滤装置内经挤压过滤去除部分或全部液态金属基体材料，得到所述金属基陶瓷增强复合材料。
75.在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，挤压过滤后，保压。
76.通过上述实施方式，挤压过滤后的保压是为了消除之前阶段的缩松等铸造缺陷，以提高所得复合材料的致密度。
77.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤s2中，于温度t1下挤压过滤后，保压至室温。
78.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤s2中，于温度t1下挤压过滤后，于温度t2下保压t1。
79.在本发明的一些更优选的实施方式中，步骤s2中，于600-900℃下挤压过滤后，于500-650℃温度下保压60-600s。
80.在本发明的一些更优选的实施方式中，步骤s2中，于665-720℃下挤压过滤后，于500-600℃温度下保压60-600s。
81.在本发明的一些更优选的实施方式中，步骤s2中，于600-720℃下挤压过滤后，于500-600℃温度下保压60-600s。
82.在本发明的一些更优选的实施方式中，步骤s2中，于720-800℃下挤压过滤后，于500-650℃温度下保压60-600s。
83.在本发明的一些实施方式中，所述挤压过滤为匀速挤压过滤。
84.在本发明的一些实施方式中，所述挤压速度为0.1-0.5mm/s。
85.在本发明的一些实施方式中，所述挤压过滤的装置为匀速挤压过滤装置。
86.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1包括如下步骤：
87.s1-1，将混合物ⅰ进行冷压成型，得到冷压坯料；
88.s1-2，将所述冷压坯料置于模具ⅰ中，加热至金属基体材料固相线温度以上，得到混合物ⅱ；
89.其中，所述模具ⅰ包括模具本体，所述模具本体内设有过滤模具、样品室和挤压组件，所述挤压组件包括上挤压件和下挤压件，所述样品室位于所述过滤模具上方，所述上挤压件位于所述样品室上方，所述下挤压件位于所述过滤模具下方，所述上挤压件和下挤压件配合用于挤压样品室内的物料，所述物料中的液态物质经过滤模具滤出。
90.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤s1-1中，将混合物ⅰ于模具ⅱ中进行冷压成型，得到冷压坯料。
91.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述模具ⅱ的内径为20-70mm。
92.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤s1-1中，所述冷压坯料的高度为10-50mm。
93.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述冷压坯料包括圆柱状坯料。
94.在本发明的一些优选的实施方式中，所述模具ⅰ的横截面包括圆形、方形或三角形。
95.在本发明的一些更优选的实施方式中，圆形的模具ⅰ的内径为20-70mm。
96.在本发明的一些优选的实施方式中，步骤s2中，采用挤压过滤装置进行混合物ⅱ的挤压过滤，其中，所述模具ⅰ位于所述挤压过滤装置内，所述混合物ⅱ于所述模具ⅰ内进行挤压过滤。
97.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述挤压方式为从模具ⅰ一端向另一端挤压，或者从模具ⅰ两端同时向模具ⅰ中部挤压。
98.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述挤压组件挤压样品室内的混合物ⅱ，混合物ⅱ中的金属基体液体经过滤模具滤出。
99.在本发明的一些优选的实施方式中，所述模具本体包括模筒，所述模筒内设有过滤模具、样品室和挤压组件，所述过滤模具包括分离板，所述分离板开设有过滤孔。
100.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述分离板与所述模筒的内壁相配合。
101.分离板与模筒的内壁相配合，具体是分离板的周缘与模筒的内壁相贴合。
102.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述分离板与所述模筒的横截面的形状一致。
103.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述过滤孔的孔径为1-5mm。
104.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述过滤孔的孔径为1-2mm。
105.相较于较优的孔径范围，若孔径太小会让分离的力过大，孔径太大会在孔径里面残留很多增强相颗粒。
106.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述过滤孔均匀开设于所述分离板上。
107.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述过滤孔的形状包括方形、圆形或三角形中的至少一种。
108.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述过滤孔于所述分离板上的面积占比不低于15％。
109.15％以上的过滤孔占比，更加有利于挤压过滤过程的顺利进行。
110.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述挤压过滤装置还包括用于加热样品室内物料的加热装置。
111.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述加热装置包括电阻炉，所述电阻炉内设有热电偶。
112.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述上挤压件与过滤模具之间形成所述样品室，所述过滤模具与所述下挤压件之间形成空腔，所述空腔用于容置液态金属基体材料。
113.空腔为集液器，所述模具ⅰ置于液压机内，下挤压件和上挤压件可分别与液压机相连。
114.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述上挤压件靠近所述过滤模具的一端设有石墨垫片。
115.模具ⅰ需要满足：1、能够满足高温下的挤压功能；2、能够保证液态金属基体材料经过滤模具流入空腔内(从过滤模具的下端流出)。
116.本发明的第二方面，提出了一种金属基陶瓷增强复合材料，所述金属基陶瓷增强复合材料由上述制备方法制得。
117.在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属基陶瓷增强复合材料中，陶瓷相的体积分数为60％以上。
118.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述金属基陶瓷增强复合材料中，陶瓷相的体积分数为65％以上。
119.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述金属基陶瓷增强复合材料中，陶瓷相的体积分数为75％以上。
120.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述金属基陶瓷增强复合材料中，陶瓷相的体积分数为80％以上。
121.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述金属基陶瓷增强复合材料中，陶瓷相的体积分数大于80％。
122.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述金属基陶瓷增强复合材料中，陶瓷相的体积分数为85％以上。
123.本发明的第三方面，提出了一种电子封装材料，包括上述金属基陶瓷增强复合材料。
124.本发明的第四方面，提出了一种电子材料，包括上述金属基陶瓷增强复合材料。
125.本发明的第五方面，提出了上述金属基陶瓷增强复合材料在电子器件或飞行器制备中的应用。
126.在本发明的一些实施方式中，上述金属基陶瓷增强复合材料应用于军事预警雷达、电子芯片或飞行器的制备。
附图说明
127.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
128.图1为本发明实施例制备材料过程中使用的挤压过滤装置的结构示意图；
129.图2为本发明实施例1制得的金属基陶瓷增强复合材料的照片；
130.图3为本发明实施例2制得的金属基陶瓷增强复合材料的照片；
131.图4为本发明实施例2制得的金属基陶瓷增强复合材料断口在较低分辨率下的微观结构测试结果图；
132.图5为本发明实施例2制得的金属基陶瓷增强复合材料的微观结构测试结果图；
133.图6为本发明实施例3制得的金属基陶瓷增强复合材料在较低分辨率下微观结构测试结果图；
134.图7为本发明实施例3制得的金属基陶瓷增强复合材料在较高分辨率下微观结构测试结果图；
135.图8为本发明实施例6制得的金属基陶瓷增强复合材料的照片。
具体实施方式
136.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
137.其中，各实施例所使用的挤压过滤装置的结构示意图如图1所示，各实施例的挤压过滤方式为匀速挤压过滤。
138.本发明实施例中的陶瓷相材料的表面改性处理均是外部加工，具体为：
139.金刚石的表面处理是采用表面金属化技术镀覆一层约50纳米的金属镀层，金属镀层为ti；
140.sic的表面处理是加热到850-1000℃保温4-5h。
141.实施例1
142.本实施例公开了一种金属基陶瓷增强复合材料，其制备过程包括：
143.(ⅰ)将sic与铝粉在非介入式材料均质机中充分混合，形成均匀的混合粉末，即得到混合物ⅰ，其中，铝粉的平均粒径为30μm，铝粉纯度大于99％，sic的平均粒径为50μm，sic颗粒纯度大于99％，混合物ⅰ中sic体积占比为20％，在非介入式材料均质机采用转速1500r/min，自转/公转＝0.8，混料时间为200s；
144.(ⅱ)将混合粉末装于模具ⅱ中进行冷压成型，压成圆柱状坯料，其中具体工艺包括：采用435mpa压强，保压1min得到直径19.5mm高度12mm的冷压样品；
145.(ⅲ)取出冷压坯料放于特制的圆形模具ⅰ中(其中，模具ⅰ设于挤压过滤装置内)，先加热到300℃保温3min，再加热到600℃保温5min，再加热660℃保温5min，最后加热到720℃保温20min，得到混合物ⅱ；
146.(ⅳ)对混合物ⅱ进行过滤挤压，其中，挤压速度为0.2mm/s，时间40s，挤压位移为8mm，其中，圆形模具ⅰ中，内径20mm，分离板中过滤孔为圆形孔，孔径2mm，过滤孔均匀分布，过滤孔于分离板上的面积占比为20％，从而得到直径20mm，高度4mm的金属基陶瓷增强复合材料，其中，金属基陶瓷增强复合材料中的陶瓷相体积分数约为60％。
147.本实施例公开了一种电子封装材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复
合材料。
148.本实施例公开了一种电子材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
149.实施例2
150.本实施例公开了一种金属基陶瓷增强复合材料，其制备过程包括：
151.(ⅰ)将金刚石与铝粉在非介入式材料均质机中充分混合，形成均匀的混合粉末，即得到混合物ⅰ，其中，铝粉的平均粒径为30μm，铝粉纯度大于99％，金刚石的直径为200μm，金刚石颗粒纯度大于95％，混合物ⅰ中金刚石体积占比为15％，在非介入式材料均质机中采用转速1000r/min，自转/公转＝0.8，混料时间为150s；
152.(ⅱ)将混合粉末装于模具ⅱ中进行冷压成型，压成圆柱状坯料，其中具体工艺包括：采用435mpa压强，保压1min得到直径70mm高度10mm的冷压样品；
153.(ⅲ)取出冷压坯料放于特制的圆形模具ⅰ中(其中，模具ⅰ设于挤压过滤装置内)，先加热到300℃保温3min，再加热到600℃保温5min，再加热660℃保温5min，最后加热到720℃保温20min，得到混合物ⅱ；
154.(ⅳ)对混合物ⅱ进行过滤挤压，其中，挤压速度为0.2mm/s，时间40s，挤压位移为8mm，其中，圆形模具ⅰ中，内径70mm，分离板中过滤孔为圆形孔，孔径1mm，过滤孔均匀分布，过滤孔于分离板上的面积占比为18％，得到直径70mm，高度2mm的金属基陶瓷增强复合材料，其中，金属基陶瓷增强复合材料中的陶瓷相体积分数约为75％。
155.本实施例公开了一种电子封装材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
156.本实施例公开了一种电子材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
157.实施例3
158.本实施例公开了一种金属基陶瓷增强复合材料，其制备过程包括：
159.(ⅰ)将金刚石与铜粉在非介入式材料均质机中充分混合，形成均匀的混合粉末，即得到混合物ⅰ，其中，铜粉的平均粒径为40μm，铜粉纯度大于99％，金刚石的平均粒径为80μm，金刚石颗粒纯度大于95％，混合物ⅰ中金刚石体积占比为30％，在非介入式材料均质机中采用转速1500r/min，自转/公转＝0.8，混料时间为300s；
160.(ⅱ)将混合粉末装于模具ⅱ中进行冷压成型，压成圆柱状坯料，其中具体工艺包括：采用435mpa压强，保压1min得到直径20mm高度15mm的冷压样品；
161.(ⅲ)取出冷压坯料放于特制的圆形模具ⅰ中(其中，模具ⅰ设于挤压过滤装置内)，先加热到300℃保温3min，再加热到600℃保温5min，再加热660℃保温5min，最后加热到900℃保温20min，得到混合物ⅱ；
162.(ⅳ)对混合物ⅱ进行过滤挤压，其中，挤压速度为0.2mm/s，时间47.5s，挤压位移为9.5mm，其中，圆形模具ⅰ中，内径20mm，分离板中过滤孔为圆形孔，孔径1.5mm，过滤孔均匀分布，过滤孔于分离板上的面积占比为22％，从而得到直径20mm，高度5.5mm的金属基陶瓷增强复合材料，其中，金属基陶瓷增强复合材料中的陶瓷相体积分数约为81％。
163.本实施例制得的金属基陶瓷增强复合材料，其25℃下的热导率达710w/(m
·
k)以上，25℃-200℃下的热膨胀系数可约为5.17
×
10-6
/k，该性能优于目前市场上同类产品性
能。
164.本实施例公开了一种电子封装材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
165.本实施例公开了一种电子材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
166.实施例4
167.本实施例公开了一种金属基陶瓷增强复合材料，其与实施例1的区别之处在于：步骤(ⅳ)中包括保压步骤，具体为：
168.对混合物ⅱ进行过滤挤压，其中，挤压速度为0.2mm/s，时间40s，挤压位移为8mm，其中，圆形模具ⅰ中，内径20mm，分离板中过滤孔为圆形孔，孔径2mm，过滤孔及其孔径均匀分布，过滤孔于分离板上的面积占比为20％；
169.随后将温度降至640℃进行保压120s，从而得到直径20mm，高度4mm的金属基陶瓷增强复合材料，其中，金属基陶瓷增强复合材料中的陶瓷相体积分数为60％。
170.本实施例公开了一种电子封装材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
171.本实施例公开了一种电子材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
172.实施例5
173.本实施例公开了一种金属基陶瓷增强复合材料，其制备过程包括：
174.(ⅰ)将铝锭在真空条件下加热至熔化，随后sic粉末加至铝液中搅拌均匀，搅拌均匀后浇铸至模具中，快速凝固成型。所得铸锭为(20vol.％)sic/al复合材料粗品，复合材料粗品中sic的体积分数为20％，其中，sic粉末的平均粒径为15μm，sic颗粒纯度大于99％。利用线切割将复合材料粗品切割成的圆柱式样。
175.(ⅱ)取出圆柱式样放于特制的圆形模具ⅰ中(其中，模具ⅰ设于挤压过滤装置内)，先加热到300℃保温3min，再加热到600℃保温5min，再加热660℃保温5min，最后加热到720℃保温20min，得到混合物ⅱ；
176.(ⅲ)加热过程结束后，液压机在设定的程序下推动过滤模具对样品进行过滤挤压，其中，挤压速度为0.2mm/s，时间85s，挤压位移为17mm，其中，圆形模具ⅰ中，内径20mm，分离板中过滤孔为圆形孔，孔径2mm，过滤孔均匀分布，过滤孔于分离板上的面积占比为20％。液态al溶体通过过滤模具的圆孔流入空腔，而sic颗粒保留在样品中。
177.(ⅳ)过滤挤压后将样品快速冷却至550℃进行保压200s，然后冷却至室温，脱模后得到直径20mm，高度8mm的高含量sic/al复合材料。
178.本实施例制得的sic/al复合材料，sic的体积分数约为63％，其25℃下的热导率为251w/(m
·
k)，200℃下的热导率为200.32w/(m
·
k)，25℃-200℃下的热膨胀系数约为7.5
×
10-6
/k，该性能优于目前市场上同类产品性能。
179.本实施例公开了一种电子封装材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
180.本实施例公开了一种电子材料，包括本实施例制备得到的金属基陶瓷增强复合材料。
181.实施例6
182.本实施例公开了一种金属基陶瓷增强复合材料，其与实施例1的不同之处仅在于：铝粉的平均粒径为250μm。
183.试验例
184.本试验例对各实施例得到的金属基陶瓷增强复合材料进行了性能测试，具体为：
185.(1)对实施例1-3、6制得的金属基陶瓷增强复合材料进行了结构测试详见图2-8，其中，图3是实施例2制得的复合材料的测试式样，从最终复合材料中切割下的：
186.其中，由实施例1和6的复合材料照片可知，由于铝粉的粒径过大，挤压过程中易出现空隙，因此，与实施例1相比，实施例6所得复合材料有很多空隙。
187.由此可推测，采用30μm的铝粉和50μm的铝粉做的复合材料的热导和热膨胀性能均优于实施例6制得的复合材料。
188.(2)对实施例1、2、4、5制得的金属基陶瓷增强复合材料进行了热导率和热膨胀系数测试，测试结果详见表1：
189.测试方法包括：
190.a，热导率测试：采用德国netzsch(耐驰)公司生产的lfa467型激光导热仪；本试验中热导率试样尺寸为φ(12.2～12.7)mm
×
(1～5)mm的圆片，为了减少测量过程中的误差，提高测试的精确度，试样的上下两个面必须平行，平行度＜0.02mm，且表面干净整洁。测试前需在样品表面喷涂一层石墨，保证样品表面对热信号的接收和发射一致。由于石墨导热系数跟试样具有较大差距，为了减少石墨层厚度对测试带来的误差，试样表面的石墨层需在保证其均匀性的同时尽可能减小厚度。
191.lfa467的比热测试使用的是比较法，其表达式如式(1)所示：
[0192][0193]
式中：c
psam
为试样的比热；c
pstd
为参比样的比热；q
sam
、
△
t
sam
、m
sam
分别为试样的吸收热量、温度变化与质量；q
std
、
△
t
std
、m
std
分别为参比样的吸收热量、温度变化与质量。为了保证比热测量的准确性，样品需要与参比样的表面形状、尺寸大小尽可能相同，并使用相同规格的样品托盘；测试样品与参比样的表面应光滑，无孔隙或缺陷；参比样的热扩散系数应与样品相近，另外还需考虑样品与参比样材质类别、比热、密度的相近性；测试时将样品与参比样表面进行石墨涂覆，石墨层需要完整、致密地覆盖样品表面，保证两者上下表面在光照吸收率、红外发射率方面的严格一致；脉冲宽度为200μs以上，能够取得更好的计算准确性。根据热导率计算公式(2)即可获得复合材料的导热系数(λ)：
[0194]
λ＝α
×cp
×
ρ
ꢀꢀꢀ
(2)；
[0195]
λ为复合材料导热系数，w/(m
·
k)；α为复合材料热扩散系数，mm2/s；ρ为复合材料密度，g/cm3，由排水法测得；c
p
为复合材料比热容，j/(g
·
k)，由同步热分析仪或理论计算获得。
[0196]
b，热膨胀系数测试：平均线膨胀系数表示试样在一定的温度范围内，试样温度每升高1k，其长度的相对变化量。平均线膨胀系数是描述材料在一定温度范围内的平均膨胀特性的物理量。本发明中测试的热膨胀系数即为复合材料在25-300℃的平均膨胀系数。
[0197]
采用nrtzsch tma 402 f3测试复合材料的线膨胀系数，为防止测试过程中试样被氧化，测试过程采用氮气保护，具体实验参数包括：气氛：氮气；位移分辨率：0.125nm；起始温度：25℃；步长：0.5℃；升温速率5℃/min。
[0198]
表1金属基陶瓷增强复合材料性能测试结果表
[0199][0200][0201]
由测试结果可知，采用30μm的铝粉和50μm的铝粉做的复合材料的热导和热膨胀性能均优于实施例7制得的复合材料。
[0202]
本发明中制得的金属基陶瓷增强复合材料，陶瓷相体积分数高，热导和热膨胀性能优异，明显优于目前市场上同类产品性能。
[0203]
本发明的步骤s2中，加热至金属基体材料固相线温度以上，使金属基体材料为液态或者半固体，保证金属基体材料中含有一定的金属液体，得到复合材料熔体。复合材料熔体处于固液共存的半固态，其中液相的流动性比固相大，因此当外加压力时，液态基体与固态物料就会发生部分分离，液态基体经分离孔道(也即模具ⅰ中分离板中的过滤孔)流出。当把液相部分分离出来，剩余的复合材料熔体中陶瓷材料的体积分数会提升，这样就达到了一种浓缩效果，从而得到陶瓷相的体积分数高的复合材料。其中，在挤压过滤过程中，所述复合材料熔体处于固液共存的半固态，与分离孔道之间发生了微粒堵塞孔道现象，分离孔道上方存在“穹顶”结构，因此，即使复合材料熔体中的固体颗粒粒径小于分离孔道的孔径，复合材料熔体也不会全部经过分离孔道流出。“堵塞”现象是由流体作用力、颗粒体积分数、和物理化学作用之间相互作用而形成的。
[0204]
需要说明的是，本文中涉及数值的“约”、“左右”的含义为误差
±
2％。
[0205]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。