CN103170616B

CN103170616B - 一种钼铜合金箔片及其制备方法

Info

Publication number: CN103170616B
Application number: CN201110432280.XA
Authority: CN
Inventors: 李增德; 雷虎; 林晨光; 崔舜�
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: CN103170616A

Abstract

本发明提供了一种钼铜合金箔片及其制备方法，钼铜合金箔片厚度为0.1～1.0mm，钼相和铜相呈短纤维状均匀分布，铜相之间相互搭接。铜为20wt％～50wt％、余量为钼的钼铜合金箔片的制备方法，包括混合粉末高能球磨处理后经压制成型、预烧结、熔渗烧结制得钼铜合金板材，合金板材经过热轧、热处理及冷轧得到合金箔片。本发明采用高能球磨处理+熔渗烧结和适合轧制工艺，解决了现有钼铜合金变形加工性能差、致密度低的问题。本发明得到的钼铜合金箔片材料表面平整、光洁，热导性能优异，具有99％以上的高致密度，适用于电子封装及热沉材料的制备应用领域。

Description

一种钼铜合金箔片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钼铜合金箔片及其制备方法，可广泛地应用于电子封装材料、电接触材料、热沉材料等技术领域。

背景技术

钼铜合金是由钼和铜所组成的两相均匀分布的既不固溶又不形成化合物的一类复合材料，兼有钼的高熔点、低膨胀性能和铜的高导电、导热性能。两组元之间互不溶解的特性使它们在复合之后呈现出两元素性能的特定组合，可以根据使用要求灵活、准确地设计成份。由于这些优异的性能，钼铜合金被广泛的应用在电子封装材料、电接触材料、热沉材料等。

随着电子工业的不断发展，钼铜合金在得到广泛应用的同时，对其规格和性能也提出了更高的要求，钼铜合金箔材已经成为用途最为广泛的品种之一。对箔材的技术要求主要包括：(1)尺寸精度高。材料的厚度会直接影响其使用性能，也是制备工艺的难点；(2)表面质量好。箔材的表面不能有凹坑、裂纹等缺陷，经过剪切等简单加工即可使用；(3)性能要好。作为电子工业用钼铜合金箔材，要求其具有良好的导热性能，低的热膨胀系数，一定的强度和韧性。

由于钼铜合金中的元素钼和铜两者不相溶，不能形成合金，所以一般的熔炼法很难制得该合金。当前钼铜合金的制备主要采用粉末冶金的方法，其中液相烧结和熔渗法制得的钼铜合金性能最好，但两种方法制得的钼铜系列合金一般为棒材和板材。钼铜合金箔材可以采用轧制钼铜合金板材的方法来获得，通常情况下粉末冶金制品的变形加工较为困难，加工的过程中加热温度要求高，工艺过程复杂难以控制，易出现劈裂、分层、低强度等缺点。针对电子工业对高性能钼铜合金箔材的迫切需求，寻求一种钼铜合金板坯制备方法以及后续轧制工艺是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种钼铜合金箔片及其制备方法，特别是铜为20wt％～50wt％，余量为钼，厚度为0.1mm～1.0mm的钼铜合金箔片及其制备方法。本发明采用高能球磨处理+熔渗烧结和适合轧制工艺，解决了现有钼铜合金变形加工性能差、致密度低的问题。

本发明的钼铜合金箔片，其厚度为0.1～1.0mm；钼相和铜相沿轧制方向被拉长，呈短纤维状均匀分布，铜相之间相互搭接。

本发明的钼铜合金箔片的合金成分范围可优选，重量百分比：铜：20～50wt％，余量为钼。

本发明的钼铜合金箔片的制备方法，依次包括以下步骤：

(1)设计钼铜合金箔片中铜和钼的含量，其中铜的质量百分含量为20～50％，余量为钼；将设计含量的钼粉和占设计含量重量1/4～2/5的铜粉，采用高能球磨的方法混合；

(2)将球磨后的粉末模压成10～14mm厚的板坯，得到钼铜合金压坯；

(3)将压坯置于氢气炉中预烧结，烧结温度为700～900℃，保温时间为1～3小时，得到钼铜合金板坯；

(4)在钼铜合金板坯上面放置铜片，铜片的重量为剩余铜重量的1.2～1.5倍(剩余铜重量是指设计铜含量减去步骤(1)所用的铜粉量)，且铜片的尺寸与板坯表面尺寸相同，将铜片与板坯对齐后，装入钼丝炉中，升温至1200～1400℃熔渗烧结，保温2～4小时即得到设计合金成分的钼铜合金板材；

(5)将钼铜合金板材在氢气气氛中加热，经热轧开坯后退火处理，再进行冷轧，控制每道次的变形率，得到厚度为0.1～1.0mm的钼铜合金箔片。

步骤(1)中，所述的高能球磨采用料罐的内壁、磨球及搅拌杆均由弥散强化铜材料制成。

步骤(1)中，所述的高能球磨的时间为8～14小时，球磨过程中通入氩气，球磨料罐内压强保持0.2～0.3MPa。

步骤(5)中，所述的热轧开坯温度为700～1000℃；所述的热轧开坯变形量为35～50％；所述的退火处理的温度为700～900℃；所述的冷轧每道次的变形率为20～35％。

本发明中，得到钼铜合金箔片的合金成分为：铜的质量百分比为20～50％，余量为钼。

本发明合金箔片制备方法，通过将混合粉末高能球磨处理后经压制成型、预烧结、熔渗烧结制得钼铜合金板材，合金板材经过热轧、热处理及冷轧得到合金箔片。本发明中采用高能球磨对钼粉和铜粉预处理，利用粉末冶金熔渗烧结的方法制备高致密钼铜合金板材，细化粉冶烧结钼铜板坯的显微组织，改善其变形加工性能，采用适宜粉冶烧结钼铜板坯的轧制工艺，最终制得厚度为0.1～1.0mm的钼铜合金箔片。

本发明的优点包括：

1)采用本发明中的高能球磨方法可充分打碎团聚的钼铜颗粒，使钼粉和铜粉混合均匀，并细化粉末颗粒，可获得组织细小、均匀的铜质量百分比为20～50％钼铜合金板坯。

2)采用本发明中的轧制工艺，可提高钼铜合金的塑性，减少轧制工序，提高合金质量，有利于降低生产成本。

3)本发明得到的钼铜合金箔片表面平整、光洁，钼铜合金箔片的相对密度为99～99.8％，硬度HRB为76～80，室温下平面热导率为160～265W·m^-1·K^-1。

采用本发明方法制备的钼铜合金箔片材料，经扫描电镜可以看到钼铜合金箔片材料中钼相和铜相沿轧制方向被拉长，呈短纤维状均匀分布，铜相之间相互搭接，构成一个贯通的导热通道，克服了传统制备方法中钼和铜的偏聚，提高了合金的导电导热性能。

本发明得到的钼铜合金箔片材料表面平整、光洁，热导性能优异，具有99％以上的高致密度，适用于电子封装及热沉材料的制备应用领域。

附图说明

图1为Mo-20Cu合金轧制后所得钼铜合金箔片的电镜扫描(SEM)照片。

具体实施方式

本发明的铜质量百分比为20～50％、余量为钼的钼铜合金箔片的制备方法，依次包括以下步骤：

1)取占设计含量重量1/4～2/5的铜粉，例如质量百分比为5％～20％的铜粉，和与所述钼铜合金箔片设计含量具有相同质量百分比的钼粉，采用高能球磨的方法混合；高能球磨采用料罐的内壁、磨球及搅拌杆均由弥散强化铜材料制成；高能球磨的时间为8～14小时，球磨过程中通入氩气，球磨料罐内压强保持0.2～0.3MPa。

2)将球磨后的粉末模压成10～14mm厚的板坯，得到钼铜合金压坯。

3)将压坯置于氢气炉中预烧结，烧结温度为700～900℃，保温时间1～3小时。

4)步骤2)中压坯另外所需的铜用铜片代替，在钼铜合金板坯上面放置铜片，按照所述钼铜合金箔片的成分配比，铜片的重量为剩余铜重量的1.2～1.5倍(剩余铜重量是指设计铜含量减去步骤1)所用的铜粉重量)，且铜片的尺寸与板坯表面尺寸相同，将铜片与板坯对齐后，装入钼丝炉中，升温至1200～1400℃熔渗烧结，保温2～4小时即得到铜质量百分比为20～50％，余量为钼的钼铜合金板材。

5)将钼铜合金板材在氢气气氛中加热到一定温度，经热轧开坯后退火处理，再进行冷轧，控制每道次的变形率，得到厚度为0.1～1.0mm的钼铜合金箔片。热轧开坯温度为700～1000℃；所述的热轧开坯变形量为35～50％；所述的退火处理的温度为700～900℃；所述的冷轧每道次变形率为20～35％。

实施例1

一种厚度为0.1～1.0mm的钼铜合金箔片，该钼铜合金箔片包括以下组分及含量(重量)：钼80％，铜20％。其制备工艺包括以下步骤：

1)取质量百分比为7％的铜粉，和与所述钼铜合金箔片具有相同质量百分比(80％)的钼粉，采用高能球磨的方法混合14小时；高能球磨采用料罐的内壁、磨球及搅拌杆均由弥散强化铜材料制成；球磨过程中通入氩气，球磨料罐内压强保持0.2MPa；

2)将球磨后的粉末模压成12mm厚的板坯，得到钼铜合金压坯；

3)将压坯置于氢气炉中预烧结，烧结温度为900℃，保温2小时；

4)按照所述钼铜合金箔片的成分配比，步骤2)中压坯另外所需的13％的铜用铜片代替，取其重量的1.2倍且与板坯表面尺寸相同的铜片，将铜片置于钼铜板坯上面并对齐，装入钼丝炉中，升温至1200℃熔渗烧结，保温3小时即得到铜质量百分比为20％，余量为钼的钼铜合金板材；

5)将钼铜合金板材在氢气气氛中加热到930℃，经热轧开坯后退火处理，热轧开坯变形量为40％，退火温度为830℃；然后进行冷轧，冷轧每道次变形率为27％，每两次冷轧后退火一次，经4～10个道次得到厚度为0.1～1.0mm的钼铜合金箔片。

得到的钼铜合金箔片表面平整、光洁，热导性能可达160.37W·m^-1·K^-1，具有99％以上的高致密度。如图1所示，经扫描电镜可以看到钼铜合金箔片材料中钼相和铜相沿轧制方向被拉长，呈短纤维状均匀分布，铜相之间相互搭接，构成一个贯通的导热通道，克服了传统制备方法中钼和铜的偏聚，提高了合金的导电导热性能。

实施例2

一种厚度为0.1～1.0mm的钼铜合金箔片，该钼铜合金箔片包括以下组分及含量(重量)：钼70％，铜30％。其制备工艺包括以下步骤：

1)取质量百分比为10％的铜粉，和与所述钼铜合金箔片具有相同质量百分比的钼粉，采用高能球磨的方法混合10小时；高能球磨采用料罐的内壁、磨球及搅拌杆均由弥散强化铜材料制成；球磨过程中通入氩气，球磨料罐内压强保持0.3MPa；

2)将球磨后的粉末模压成10mm厚的板坯，得到钼铜合金压坯；

3)将压坯置于氢气炉中预烧结，烧结温度为800℃，保温1小时；

4)按照所述钼铜合金箔片的成分配比，步骤2)中压坯另外所需的20％的铜用铜片代替，取其重量的1.3倍且与板坯表面尺寸相同的铜片，将铜片置于钼铜板坯上面并对齐，装入钼丝炉中，升温至1300℃熔渗烧结，保温4小时即得到铜质量百分比为30％，余量为钼的钼铜合金板材；

5)将钼铜合金板材在氢气气氛中加热到880℃，经热轧开坯后退火处理，热轧开坯变形量为45％，退火温度为770℃；然后进行冷轧，冷轧每道次变形率为30％，每两次冷轧后退火一次，经4～10个道次得到厚度为0.1～1.0mm的钼铜合金箔片。

得到的钼铜合金箔片表面平整、光洁，热导性能可达193.98W·m^-1·K^-1，具有99％以上的高致密度。

实施例3

一种厚度为0.2～1.0mm的钼铜合金箔片，该钼铜合金箔片包括以下组分及含量(重量)：钼50％，铜50％。其制备工艺包括以下步骤：

1)取质量百分比为20％的铜粉，和与所述钼铜合金箔片具有相同质量百分比的钼粉，采用高能球磨的方法混合8小时；高能球磨采用料罐的内壁、磨球及搅拌杆均由弥散强化铜材料制成；球磨过程中通入氩气，球磨料罐内压强保持0.2MPa；

2)将球磨后的粉末模压成14mm厚的板坯，得到钼铜合金压坯；

3)将压坯置于氢气炉中预烧结，烧结温度为700℃，保温3小时；

4)按照所述钼铜合金箔片的成分配比，步骤2)中压坯另外所需的30％的铜用铜片代替，取其重量的1.5倍且与板坯表面尺寸相同的铜片，将铜片置于钼铜板坯上面并对齐，装入钼丝炉中，升温至1400℃熔渗烧结，保温2小时即得到铜质量百分比为50％，余量为钼的钼铜合金板材；

5)将钼铜合金板材在氮气气氛中加热到850℃，经热轧开坯后退火处理，热轧开坯变形量为48％，退火温度为750℃；然后进行冷轧，冷轧每道次变形率为33％，每两次冷轧后退火一次，经4～10个道次得到厚度为0.2～1.0mm的钼铜合金箔片。

得到的钼铜合金箔片表面平整、光洁，热导性能可达265.12W·m^-1·K^-1，具有99％以上的高致密度。

采用本发明方法可充分打碎团聚的钼铜颗粒，使钼粉和铜粉混合均匀，并细化粉末颗粒，可获得组织细小、均匀的铜质量百分比为20～50％钼铜合金箔片。同时得到的钼铜合金箔片表面平整、光洁，经扫描电镜可以看到钼铜合金箔片材料中钼相和铜相沿轧制方向被拉长，呈短纤维状均匀分布，铜相之间相互搭接，构成一个贯通的导热通道。钼铜合金箔片的相对密度为99～99.8％，硬度HRB为76～80，室温下平面热导率为160～265W·m^-1·K^-1。

Claims

1.一种钼铜合金箔片的制备方法，包括以下步骤：

(1)设计钼铜合金箔片中铜和钼的含量，其中铜的质量百分含量为50％，余量为钼；将设计含量的钼粉和占设计含量的钼铜合金质量20％的铜粉，采用高能球磨的方法混合；

(4)按照所述钼铜合金箔片的成分配比，步骤(2)中压坯另外所需的铜用铜片代替，取另外所需的铜重量的1.2～1.5倍且与板坯表面尺寸相同的铜片，将铜片置于钼铜板坯上面并对齐，装入钼丝炉中，升温至1200～1400℃熔渗烧结，保温2～4小时即得到设计合金成分的钼铜合金板材；

(5)将钼铜合金板材在氮气气氛中加热，经热轧开坯后退火处理，再进行冷轧，控制每道次的变形率，得到厚度为0.2～1.0mm的钼铜合金箔片。

2.根据权利要求1所述的钼铜合金箔片的制备方法，其特征在于：所述的高能球磨采用料罐的内壁、磨球及搅拌杆均由弥散强化铜材料制成。

3.根据权利要求1所述的钼铜合金箔片的制备方法，其特征在于：所述的高能球磨的时间为8～14小时，球磨过程中通入氩气，球磨料罐内压强保持0.2～0.3MPa。

4.根据权利要求1所述的钼铜合金箔片的制备方法，其特征在于：所述的热轧开坯温度为700～1000℃；所述的热轧开坯变形量为35～50％。

5.根据权利要求1所述的钼铜合金箔片的制备方法，其特征在于：所述的退火处理的温度为700～900℃。

6.根据权利要求1所述的钼铜合金箔片的制备方法，其特征在于：所述的冷轧每道次变形率为20～35％。

7.根据权利要求1所述的钼铜合金箔片的制备方法，其特征在于：得到的钼铜合金箔片钼相和铜相呈短纤维状均匀分布，铜相之间相互搭接。