專利名稱：一種鉬銅合金箔片及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鑰銅合金箔片及其制備方法，可廣泛地應用于電子封裝材料、電接觸材料、熱沉材料等技術領域。
背景技術：
鑰銅合金是由鑰和銅所組成的兩相均勻分布的既不固溶又不形成化合物的一類復合材料，兼有鑰的高熔點、低膨脹性能和銅的高導電、導熱性能。兩組元之間互不溶解的特性使它們在復合之后呈現出兩元素性能的特定組合，可以根據使用要求靈活、準確地設計成份。由于這些優異的性能，鑰銅合金被廣泛的應用在電子封裝材料、電接觸材料、熱沉材料等。隨著電子工業的不斷發展，鑰銅合金在得到廣泛應用的同時，對其規格和性能也提出了更高的要求，鑰銅合金箔材已經成為用途最為廣泛的品種之一。對箔材的技術要求主要包括:(I)尺寸精度高。材料的厚度會直接影響其使用性能，也是制備工藝的難點；(2)表面質量好。箔材的表面不能有凹坑、裂紋等缺陷，經過剪切等簡單加工即可使用；(3)性能要好。作為電子工業用鑰銅合金箔材，要求其具有良好的導熱性能，低的熱膨脹系數，一定的強度和韌性。由于鑰銅合金中的元素鑰和銅兩者不相溶，不能形成合金，所以一般的熔煉法很難制得該合金。當前鑰銅合金的制備主要采用粉末冶金的方法，其中液相燒結和熔滲法制得的鑰銅合金性能最好，但兩種方法制得的鑰銅系列合金一般為棒材和板材。鑰銅合金箔材可以采用軋制鑰銅合金板材的方法來獲得，通常情況下粉末冶金制品的變形加工較為困難，加工的過程中加熱溫度要求高，工藝過程復雜難以控制，易出現劈裂、分層、低強度等缺點。針對電子工業對高性能鑰銅合金箔材的迫切需求，尋求一種鑰銅合金板坯制備方法以及后續軋制工藝是非常必要的。

發明內容
本發明的目的是提供一種鑰銅合金箔片及其制備方法，特別是銅為20wt% 50Wt%，余量為鑰，厚度為0.1mm 1.0mm的鑰銅合金箔片及其制備方法。本發明采用高能球磨處理+熔滲燒結和適合軋制工藝，解決了現有鑰銅合金變形加工性能差、致密度低的問題。本發明的鑰銅合金箔片，其厚度為0.1 1.0mm ;鑰相和銅相沿軋制方向被拉長，呈短纖維狀均勻分布，銅相之間相互搭接。本發明的鑰銅合金箔片的合金成分范圍可優選，重量百分比:銅:20 50wt%，余量為鑰。本發明的鑰銅合金箔片的制備方法，依次包括以下步驟:(I)設計鑰銅合金箔片中銅和鑰的含量，其中銅的質量百分含量為20 50%，余量為鑰；將設計含量的鑰粉和占設計含量重量1/4 2/5的銅粉，采用高能球磨的方法混合；(2)將球磨后的粉末模壓成10 14mm厚的板坯，得到鑰銅合金壓坯；(3)將壓坯置于氫氣爐中預燒結，燒結溫度為700 900°C，保溫時間為I 3小時，得到鑰銅合金板坯；(4)在鑰銅合金板坯上面放置銅片，銅片的重量為剩余銅重量的1.2 1.5倍(剩余銅重量是指設計銅含量減去步驟(I)所用的銅粉量)，且銅片的尺寸與板坯表面尺寸相同，將銅片與板坯對齊后，裝入鑰絲爐中，升溫至1200 1400°C熔滲燒結，保溫2 4小時即得到設計合金成分的鑰銅合金板材；(5)將鑰銅合金板材在氫氣氣氛中加熱，經熱軋開坯后退火處理，再進行冷軋，控制每道次的變形率，得到厚度為0.1 1.0mm的鑰銅合金箔片。步驟(I)中，所述的高能球磨采用料罐的內壁、磨球及攪拌桿均由彌散強化銅材料制成。步驟(I)中，所述的高能球磨的時間為8 14小時，球磨過程中通入氬氣，球磨料灌內壓強保持0.2 0.3MPa。步驟(5)中，所述的熱軋開坯溫度為700 1000°C ;所述的熱軋開坯變形量為35 50% ;所述的退火處理的溫度為700 900°C ;所述的冷軋每道次的變形率為20 35%。本發明中，得到鑰銅合金箔片的合金成分為:銅的質量百分比為20 50%，余量為鑰。本發明合金箔片制備 方法，通過將混合粉末高能球磨處理后經壓制成型、預燒結、熔滲燒結制得鑰銅合金板材，合金板材經過熱軋、熱處理及冷軋得到合金箔片。本發明中采用高能球磨對鑰粉和銅粉預處理，利用粉末冶金熔滲燒結的方法制備高致密鑰銅合金板材，細化粉冶燒結鑰銅板坯的顯微組織，改善其變形加工性能，采用適宜粉冶燒結鑰銅板坯的軋制工藝，最終制得厚度為0.1 1.0mm的鑰銅合金箔片。本發明的優點包括:I)采用本發明中的高能球磨方法可充分打碎團聚的鑰銅顆粒，使鑰粉和銅粉混合均勻，并細化粉末顆粒，可獲得組織細小、均勻的銅質量百分比為20 50%鑰銅合金板坯。2)采用本發明中的軋制工藝，可提高鑰銅合金的塑性，減少軋制工序，提高合金質量，有利于降低生產成本。3)本發明得到的鑰銅合金箔片表面平整、光潔，鑰銅合金箔片的相對密度為99 99.8%，硬度HRB為76 80，室溫下平面熱導率為160 265W.πΓ1.K'采用本發明方法制備的鑰銅合金箔片材料，經掃描電鏡可以看到鑰銅合金箔片材料中鑰相和銅相沿軋制方向被拉長，呈短纖維狀均勻分布，銅相之間相互搭接，構成一個貫通的導熱通道，克服了傳統制備方法中鑰和銅的偏聚，提高了合金的導電導熱性能。本發明得到的鑰銅合金箔片材料表面平整、光潔，熱導性能優異，具有99%以上的高致密度，適用于電子封裝及熱沉材料的制備應用領域。


圖1為Mo-20Cu合金軋制后所得鑰銅合金箔片的電鏡掃描(SEM)照片。
具體實施例方式本發明的銅質量百分比為20 50%、余量為鑰的鑰銅合金箔片的制備方法，依次包括以下步驟:I)取占設計含量重量1/4 2/5的銅粉，例如質量百分比為5% 20%的銅粉，和與所述鑰銅合金箔片設計含量具有相同質量百分比的鑰粉，采用高能球磨的方法混合；高能球磨采用料罐的內壁、磨球及攪拌桿均由彌散強化銅材料制成；高能球磨的時間為8 14小時,球磨過程中通入氬氣,球磨料灌內壓強保持0.2 0.3MPa。2)將球磨后的粉末模壓成10 14mm厚的板坯，得到鑰銅合金壓坯。

3)將壓坯置于氫氣爐中預燒結，燒結溫度為700 900°C，保溫時間I 3小時。4)步驟2)中壓坯另外所需的銅用銅片代替，在鑰銅合金板坯上面放置銅片，按照所述鑰銅合金箔片的成分配比，銅片的重量為剩余銅重量的1.2 1.5倍(剩余銅重量是指設計銅含量減去步驟I)所用的銅粉重量)，且銅片的尺寸與板坯表面尺寸相同，將銅片與板坯對齊后，裝入鑰絲爐中，升溫至1200 1400°C熔滲燒結，保溫2 4小時即得到銅質量百分比為20 50%，余量為鑰的鑰銅合金板材。5)將鑰銅合金板材在氫氣氣氛中加熱到一定溫度，經熱軋開坯后退火處理，再進行冷軋，控制每道次的變形率，得到厚度為0.1 1.0mm的鑰銅合金箔片。熱軋開坯溫度為700 1000°C ;所述的熱軋開坯變形量為35 50% ;所述的退火處理的溫度為700 9000C ;所述的冷軋每道次變形率為20 35%。實施例1一種厚度為0.1 1.0mm的鑰銅合金箔片，該鑰銅合金箔片包括以下組分及含量(重量)其制備工藝包括以下步驟:I)取質量百分比為7%的銅粉，和與所述鑰銅合金箔片具有相同質量百分比(80% )的鑰粉，采用高能球磨的方法混合14小時；高能球磨采用料罐的內壁、磨球及攪拌桿均由彌散強化銅材料制成；球磨過程中通入氬氣,球磨料灌內壓強保持0.2MPa ；2)將球磨后的粉末模壓成12mm厚的板坯，得到鑰銅合金壓坯；3)將壓坯置于氫氣爐中預燒結，燒結溫度為900°C，保溫2小時；4)按照所述鑰銅合金箔片的成分配比，步驟2)中壓坯另外所需的13%的銅用銅片代替，取其重量的1.2倍且與板坯表面尺寸相同的銅片，將銅片置于鑰銅板坯上面并對齊，裝入鑰絲爐中，升溫至1200°C熔滲燒結，保溫3小時即得到銅質量百分比為20%，余量為鑰的鑰銅合金板材；5)將鑰銅合金板材在氫氣氣氛中加熱到930°C，經熱軋開坯后退火處理，熱軋開還變形量為40%,退火溫度為830°C ;然后進行冷軋，冷軋每道次變形率為27%,每兩次冷軋后退火一次，經4 10個道次得到厚度為0.1 1.0mm的鑰銅合金箔片。得到的鑰銅合金箔片表面平整、光潔，熱導性能可達160.37W.πΓ1.Γ1，具有99%以上的高致密度。如圖1所示，經掃描電鏡可以看到鑰銅合金箔片材料中鑰相和銅相沿軋制方向被拉長，呈短纖維狀均勻分布，銅相之間相互搭接，構成一個貫通的導熱通道，克服了傳統制備方法中鑰和銅的偏聚，提高了合金的導電導熱性能。實施例2
一種厚度為0.1 1.0mm的鑰銅合金箔片，該鑰銅合金箔片包括以下組分及含量(重量)其制備工藝包括以下步驟:I)取質量百分比為10%的銅粉，和與所述鑰銅合金箔片具有相同質量百分比的鑰粉，采用高能球磨的方法混合10小時；高能球磨采用料罐的內壁、磨球及攪拌桿均由彌散強化銅材料制成；球磨過程中通入氬氣,球磨料灌內壓強保持0.3MPa ；2)將球磨后的粉末模壓成IOmm厚的板坯，得到鑰銅合金壓坯；3)將壓坯置于氫氣爐中預燒結，燒結溫度為800°C，保溫I小時；4)按照所述鑰銅合金箔片的成分配比，步驟2)中壓坯另外所需的20%的銅用銅片代替，取其重量的1.3倍且與板坯表面尺寸相同的銅片，將銅片置于鑰銅板坯上面并對齊，裝入鑰絲爐中，升溫至1300°C熔滲燒結，保溫4小時即得到銅質量百分比為30%，余量為鑰的鑰銅合金板材；5)將鑰銅合金板材在氫氣氣氛中加熱到880°C，經熱軋開坯后退火處理，熱軋開還變形量為45%,退火溫度為770°C ;然后進行冷軋，冷軋每道次變形率為30%,每兩次冷軋后退火一次，經4 10個道次得到厚度為0.1 1.0mm的鑰銅合金箔片。得到的鑰銅合金箔片表面平整、光潔，熱導性能可達193.98W.πΓ1.Γ1，具有99%以上的高致密度。實施例3一種厚度為0.2 1.0mm的鑰銅合金箔片，該鑰銅合金箔片包括以下組分及含量(重量)其制備工藝包括以下步驟:I)取質量百分比為 20%的銅粉，和與所述鑰銅合金箔片具有相同質量百分比的鑰粉，采用高能球磨的方法混合8小時；高能球磨采用料罐的內壁、磨球及攪拌桿均由彌散強化銅材料制成；球磨過程中通入氬氣，球磨料灌內壓強保持0.2MPa ；2)將球磨后的粉末模壓成14mm厚的板坯，得到鑰銅合金壓坯；3)將壓坯置于氫氣爐中預燒結，燒結溫度為700°C，保溫3小時；4)按照所述鑰銅合金箔片的成分配比，步驟2)中壓坯另外所需的30%的銅用銅片代替，取其重量的1.5倍且與板坯表面尺寸相同的銅片，將銅片置于鑰銅板坯上面并對齊，裝入鑰絲爐中，升溫至1400°C熔滲燒結，保溫2小時即得到銅質量百分比為50%，余量為鑰的鑰銅合金板材；5)將鑰銅合金板材在氮氣氣氛中加熱到850°C，經熱軋開坯后退火處理，熱軋開坯變形量為48%，退火溫度為750°C ;然后進行冷軋，冷軋每道次變形率為33%，每兩次冷軋后退火一次，經4 10個道次得到厚度為0.2 1.0mm的鑰銅合金箔片。得到的鑰銅合金箔片表面平整、光潔，熱導性能可達265.12W.πΓ1.Γ1，具有99%以上的高致密度。采用本發明方法可充分打碎團聚的鑰銅顆粒，使鑰粉和銅粉混合均勻，并細化粉末顆粒，可獲得組織細小、均勻的銅質量百分比為20 50%鑰銅合金箔片。同時得到的鑰銅合金箔片表面平整、光潔，經掃描電鏡可以看到鑰銅合金箔片材料中鑰相和銅相沿軋制方向被拉長，呈短纖維狀均勻分布，銅相之間相互搭接，構成一個貫通的導熱通道。鑰銅合金箔片的相對密度為99 99.8 %，硬度HRB為76 80，室溫下平面熱導率為160 265W.m 1.K權利要求
1.一種鑰銅合金箔片，其特征在于:它的厚度為0.1 1.0_，鑰相和銅相呈短纖維狀均勻分布，銅相之間相互搭接。
2.根據權利要求1所述的鑰銅合金箔片，其特征在于:所述的鑰銅合金箔片的重量百分比組成為:銅20 50wt%,余量為鑰。
3.—種鑰銅合金箔片的制備方法，包括以下步驟: (1)設計鑰銅合金箔片中銅和鑰的含量，其中銅的質量百分含量為20 50%，余量為鑰；將設計含量的鑰粉和占設計含量重量1/4 2/5的銅粉，采用高能球磨的方法混合； (2)將球磨后的粉末模壓成10 14mm厚的板坯，得到鑰銅合金壓坯； (3)將壓坯置于氫氣爐中預燒結，燒結溫度為700 900°C，保溫時間為I 3小時，得到鑰銅合金板坯； (4)在鑰銅合金板坯上面放置銅片，銅片的重量為剩余銅重量的1.2 1.5倍，且銅片的尺寸與板坯表面尺寸相同，將銅片與板坯對齊后，裝入鑰絲爐中，升溫至1200 1400°C熔滲燒結，保溫2 4小時即得到設計合金成分的鑰銅合金板材； (5)將鑰銅合金板材在氫氣氣氛中加熱，經熱軋開坯后退火處理，再進行冷軋，控制每道次的變形率，得到厚度為0.1 1.0mm的鑰銅合金箔片。
4.根據權利要求3所述的鑰銅合金箔片的制備方法，其特征在于:所述的高能球磨采用料罐的內壁、磨球及攪拌桿均由彌散強化銅材料制成。
5.根據權利要求3所述的鑰銅合金箔片的制備方法，其特征在于:所述的高能球磨的時間為8 14小時,球磨過程中通入氬氣,球磨料灌內壓強保持0.2 0.3MPa。
6.根據權利要求3所述的鑰銅合金箔片的制備方法，其特征在于:所述的熱軋開坯溫度為700 1000°C ;所述的熱軋開坯變形量為35 50%。
7.根據權利要求3所述的鑰銅合金箔片的制備方法，其特征在于:所述的退火處理的溫度為700 900°C。
8.根據權利要求3所述的鑰銅合金箔片的制備方法，其特征在于:所述的冷軋每道次變形率為20 35%。
全文摘要
本發明提供了一種鉬銅合金箔片及其制備方法，鉬銅合金箔片厚度為0.1～1.0mm，鉬相和銅相呈短纖維狀均勻分布，銅相之間相互搭接。銅為20wt％～50wt％、余量為鉬的鉬銅合金箔片的制備方法，包括混合粉末高能球磨處理后經壓制成型、預燒結、熔滲燒結制得鉬銅合金板材，合金板材經過熱軋、熱處理及冷軋得到合金箔片。本發明采用高能球磨處理+熔滲燒結和適合軋制工藝，解決了現有鉬銅合金變形加工性能差、致密度低的問題。本發明得到的鉬銅合金箔片材料表面平整、光潔，熱導性能優異，具有99％以上的高致密度，適用于電子封裝及熱沉材料的制備應用領域。
文檔編號C22C27/04GK103170616SQ201110432280
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者李增德, 雷虎, 林晨光, 崔舜 申請人:北京有色金屬研究總院