一种金属-负热膨胀材料复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于负热膨胀材料【技术领域】，具体涉及一种新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3O12及其制备方法。该复合材料由铝与ZrMgMo3O12固相烧结制成，以质量百分比计，铝占总质量的20%~80%。本发明所提供的复合材料Al-ZrMgMo3O12采用固相合成法在空气氛围下制备，制备过程简单、成本较低，适合工业化生产；该复合材料具有可变的容抗阻抗和热膨胀系数，能够较好的满足于集成电路和芯片封装技术方面对硅基材料热匹配的要求，可供电子领域广泛应用，因而具有较为广阔的应用前景。
【专利说明】一种金属-负热膨胀材料复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于负热膨胀材料【技术领域】，具体涉及一种新型金属-负热膨胀材料复合 材料Al-ZrMgM〇3012及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在温度剧烈变化或者变化较大的环境下，由于不同材料热膨胀系数存在不同，甚 至同一材料由表面到内部的不同深度，因为热梯度也会导致出现热膨胀区别，从而导致热 应力。热应力会导致零部件尺寸的变化、器件疲劳、断裂等不同程度损伤。为了减少不同材 料之间的热应力，必须探索热膨胀系数为零或接近零、或能够匹配的材料，负热膨胀材料的 发现为解决此问题提供了契机。
[0003] 近年来，通过负热膨胀材料与常用材料进行复合制备近零膨胀或可控膨胀材料已 经成为材料制备中的热点之一。负热膨胀材料与常用材料的复合研究有：负热膨胀材料与 陶瓷复合、负热膨胀材料与金属复合、负热膨胀材料与高分子材料复合等。目前针对负热膨 胀材料与金属复合制备的可控膨胀材料研究成果较为突出，尤其是可望在集成电路和芯片 封装技术方面取得突破性进展，从而实现同时满足对封装材料散热、导电、低膨胀及与硅基 热匹配的目标。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo30 12及 其制备方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下。
[0006] -种金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012，由铝与ZrMgM 〇3012固相烧结制 成，以质量百分比计，铝占总质量即铝粉与ZrMgMo30 12质量之和的209Γ80%，优选60%。
[0007] 所述金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012的制备方法，包括以下步骤： (1) 将铝粉与ZrMgM〇3012研磨混合均匀； (2) 将步骤（1)所得混合均匀物料进行压片； (3) 将步骤（2)所制备的压片进行烧结，自然降温得到新型负热膨胀材料复合材料 Al-ZrMgMo3012〇
[0008] 步骤（1)中为使铝粉与ZrMgM〇3012混合均匀，优选加入无水乙醇。
[0009] 步骤（1)中所述铝粉占铝粉与ZrMgMo3012质量之和的209Γ80%。
[0010] 步骤（2)中所述压片为压片机在10?12MPa压力下压制5 min所制备的素胚体。
[0011] 步骤（3)中所述烧结为650°C ?700°C保温4 h。
[0012] 本发明所提供的金属-负热膨胀材料复合材料，兼具良好导电性和低膨胀系数 性能，具有广阔的应用潜力。本发明的有益效果具体体现在：本发明所提供的复合材料 Al-ZrMgM〇3012采用固相合成法在空气氛围下制备，制备过程简单、成本较低；适于工业化生 产。当A1与ZrMgMo^d^质量比取值为6 : 4时，复合材料41-2-81〇3012在1^飞001：范围 内，利用RST5000型电化学工作站测得该种复合材料阻抗为7. 68 Ω ;利用LINSEIS DIL L76 热膨胀仪测试样品的膨胀系数8. 72Χ1(Γ6/Κ，约为A1膨胀系数（23. 79Χ1(Γ6/Κ)的1/3。从 上述数据可以看出，本发明所提供的金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM 〇3012具有可变 的容抗阻抗和热膨胀系数，能够较好的满足于集成电路和芯片封装技术方面对硅基材料热 匹配的要求，可供电子领域广泛应用，因而具有较为广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为实施例1-5所制备的金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇30 12的XRD图 谱；以A1 : ZrMgM〇3012的质量比计，实施例1为2 : 8,实施例2为4 : 6,实施例3为5 : 5,实施例4为6 : 4,实施例5为8 : 2 ; 图2为实施例1-5所制备金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012的SEM图片， (a-e)为A1 : ZrMgMo3012S不同质量比时所制备样品，（a)实施例1即A1 : ZrMgMo3012=2 : 8，（b)实施例 2 即 A1 : ZrMgMo3012=4 : 6，（c)为实施例 3 即 A1 : ZrMgMo3012=5 : 5，（d) 实施例 4 即 A1 : ZrMgMo3012= 6 : 4，（e)实施例 5即 A1 : ZrMgMo3012= 8 : 2; 图3为实施例2所制备金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012的EDS能谱；图3a 为实施例2的SEM图，对图3a的SEM的Pi处、P2处分别进行EDS图谱分析，得到图3b和图 3c〇
[0014] 图4为实施例1-5所制备的金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇30 12的热分 析图谱，以A1 : ZrMgM〇3012的质量比计，实施例1为2 : 8,实施例2为4 : 6,实施例3为 5 : 5,实施例4为6 : 4,实施例5为8 : 2 ; 图5为实施例1-5所制备金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012及ZrMgM 〇3012、 A1的阻抗随频率变化的曲线，（a)为ZrMgM〇3012 ; (b-f)为A1 : ZrMgM〇3012为不同质量 比时制备样品，其中（b)为实施例1即A1 : ZrMgM〇3012=2 : 8,（c)为实施例2即A1 : ZrMgMo3012=4 : 6，（d)为实施例 3 即 A1 : ZrMgMo3012=5 : 5，（e)为实施例 4 即 A1 : ZrMgMo3012=6 : 4,（f)为实施例 5 即 A1 : ZrMgMo3012=8 : 2,（g)为 A1; 图6为实施例1-5所制备金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012及ZrMgM 〇3012、Al 的线性膨胀曲线，其中（a)为ZrMgM〇3012;(b-f)为A1 : ZrMgM〇3012S不同质量比时制备样 品，其中（b)为实施例 1 即 A1 : ZrMgM〇3012=2 : 8，（c)为实施例 2 即 A1 : ZrMgM〇3012=4 : 6，（d)为实施例 3 即 A1 : ZrMgMo3012=5 : 5，（e)为实施例 4 即 A1 : ZrMgMo3012=6 : 4， ⑴为实施例 5 即 A1 : ZrMgMo3012=8 : 2,（g)为 A1。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明，以使本领域技术人员能够更好地 理解和实践本发明的技术方案。
[0016] 实施例1 本实施例所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012中铝占总质量即 铝与ZrMgMo3012质量之和的20%，即以质量比计，A1 : ZrMgMo3012=2 : 8。其制备方法，具体 包括以下步骤： (1)将A1粉和ZrMgM〇3012以2 : 8的质量比在玛瑙研钵中混合，研磨20 min后加入无 水乙醇继续研磨2 h，以确保其混合均匀；ZrMgM〇3012以固相法制备。
[0017] (2)将步骤（1)中混合均匀的A1粉与ZrMgMo3012的混合物料使用769YP-15A型粉 末半轴压片机在10 MPa压力下压5 min，制备得到直径10_，高5mm的圆柱形素胚体。
[0018] (3)将步骤（2)制备的素胚体置于箱式炉中以5°C /min的升温速率从室温升至 700°C，保温4 h，自然降温得到新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012。
[0019] 对所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012进行X射线衍射 (XRD)图谱物相分析，其结果如图1所示。经分析知，其生物相主要为Al-ZrMgM 〇3012。本实 施例所制备新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇30 12的SEM图片见图2a，热分析图 谱见图4。
[0020] 实施例2 本实施例所制备的新型负金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012中铝占总质量 即铝与ZrMgMo3012质量之和的40%，即以质量比计，A1 : ZrMgMo3012=4 : 6。
[0021] 制备方法与实施例1相同。
[0022] 对所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012进行X射线衍射 (XRD)谱物相分析，其结果如图1所示，经分析知，其生物相主要为Al-ZrMgM 〇3012。
[0023] 对本实施例所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo30 12进行进一 步的分析。本实施例所制备新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇30 12的SEM图片 见图2b，EDS能谱见图3,热分析图谱见图4。
[0024] 实施例3 本实施例所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012中铝占总质量即 铝与ZrMgMo3012质量之和的50%，即以质量比计，A1 : ZrMgMo3012=5 : 5。
[0025] 制备方法与实施例1相同。
[0026] 对所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012进行X射线衍射 (XRD)谱物相分析，其结果如图1所示，经分析知，其生物相主要为Al-ZrMgM 〇3012。本实施 例所制备新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇30 12的SEM图片见图2c，热分析图谱 见图4。
[0027] 实施例4 本实施例所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012中铝占总质量即 铝与ZrMgMo3012质量之和的60%，即以质量比计，A1 : ZrMgMo3012=6 : 4。
[0028] 制备方法与实施例1相同。
[0029] 对所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012进行X射线衍射 (XRD)谱物相分析，其结果如图1所示，经分析知，其生物相主要为A1和ZrMgM 〇3012。本实 施例所制备新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇30 12的SEM图片见图2d，热分析图 谱见图4。
[0030] 实施例5 本实施例所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012中铝占总质量即 铝与ZrMgMo3012质量之和的80%，即以质量比计，A1 : ZrMgMo3012=8 : 2。
[0031] 制备方法与实施例1相同。
[0032] 对所制备的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012进行X射线衍射 (XRD)谱物相分析，其结果如图1所示，经分析知，其生物相主要为A1和ZrMgM〇3012。本实 施例所制备新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012的SEM图片见图2e，热分析图 谱见图4。
[0033] 性能测试实验 为进一步检验本发明所提供的新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012的相 关性能，发明人针对新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012的电学性能和热膨胀 性能指标做了进一步的检测实验。
[0034] 电学性能 电学性能采用RST5000型电化学工作站进行检测。
[0035] 图5为实施例1-5所制备新型金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇30 12的阻抗 随频率变化的曲线。金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgM〇3012中A1的质量比大于40% 时，复合材料的阻抗开始呈电阻特性，下表为所测得的电阻特性的复合材料的阻抗值。
【权利要求】
1. 一种金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012，其特在于，该复合材料由错与 ZrMgM〇3012固相烧结制成，以质量百分比计，铝占总质量即铝粉与ZrMgM〇30 12质量之和的 209Γ80%。
2. 如权利要求1所述负热膨胀材料Al-ZrMgM〇3012，其特在于，铝占总质量的60%。
3. 权利要求1所述金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012的制备方法，其特征在 于，该方法包括以下步骤： (1) 将铝粉与ZrMgM〇3012研磨混合均匀； (2) 将步骤（1)所得混合均匀物料进行压片； (3) 将步骤（2)所制备的压片进行烧结，自然降温得到新型负热膨胀材料复合材料 Al-ZrMgMo3012〇
4. 如权利要求3所述金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012的制备方法，其特征 在于，步骤（1)中为使铝粉与ZrMgM 〇3012混合均匀，加入无水乙醇。
5. 如权利要求3所述金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012的制备方法，其特征 在于，步骤（1)中所述铝粉占铝粉与ZrMgMo 3012质量之和的209Γ80%。
6. 如权利要求3所述金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012的制备方法，其特征 在于，步骤（2)所述压片为压片机在10 ~12MPa压力下压制5 min所制备的素胚体。
7. 如权利要求3所述金属-负热膨胀材料复合材料Al-ZrMgMo3012的制备方法，其特征 在于，步骤（3)所述烧结为650°C?700°C保温4 h。
【文档编号】C22C29/12GK104120309SQ201410333612
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】晁明举, 肖潇, 李玉成, 张牛, 梁二军, 李玉祥, 冯东省 申请人:郑州大学