CN109454217B - 一种铜铝复合板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜铝复合板的制备方法，将铸造模具加热至980～1020℃，略低于铜的熔融温度，此时筒体的硬度较低，固定于筒体内壁的多孔碳纤维棒在离心机的作用下将部分嵌入筒体的内壁，将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，在离心机的作用下铝液将贴合于筒体的内壁，铝液冷却凝固后将呈中空状，得到内层为铝板、外层为铜板的筒状铜铝复合板，铝液在离心状态下的冷却凝固过程中与铜板互相扩散连接，同时多孔碳纤维棒的一部分嵌入铜板中，多孔碳纤维棒的另一部分嵌入凝固后的铝板中，使铜铝复合界面的连接稳固性大幅提升。

Description

一种铜铝复合板的制备方法
技术领域
本发明涉及金属复合材料领域，尤其涉及一种铜铝复合板制备方法。
背景技术
铜铝复合板是一种新型的复合材料，其既具有铜的高导热性能和导电性能，又具有铝的质轻、价钱低廉等长处，普遍用于电子、电力、冶金设备、机械、汽车等行业，满足了对其功能和经济的需求。由于传统的铜铝复合板主要靠***焊接、钎焊、摩擦焊、闪光焊等方法生产，工艺落后、成品率低而且铜铝复合界面容易开裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种铜铝复合界面连接稳固的铜铝复合板制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种铜铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将金属铜板加工成外径与铸造模具的型腔内径相适配的筒体，并将所述筒体嵌入所述铸造模具的型腔中；
S2、将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁，并将铸造模具加热至980～1020℃；
S3、将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封，之后将铸造模具置于离心机上进行离心处理，同时将铸造模具的温度降低至室温，之后关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板。
本发明的有益效果在于：将铸造模具加热至980～1020℃，略低于铜的熔融温度，此时筒体的硬度较低，固定于筒体内壁的多孔碳纤维棒在离心机的作用下将部分嵌入筒体的内壁，将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，在离心机的作用下铝液将贴合于筒体的内壁，铝液冷却凝固后将呈中空状，得到内层为铝板、外层为铜板的筒状铜铝复合板，铝液在离心状态下的冷却凝固过程中与铜板互相扩散连接，同时多孔碳纤维棒的一部分嵌入铜板中，多孔碳纤维棒的另一部分嵌入凝固后的铝板中，使铜铝复合界面的连接稳固性大幅提升。
附图说明
图1所示为本发明的一种铜铝复合板制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：将铸造模具加热至980～1020℃，固定于筒体内壁的多孔碳纤维棒在离心机的作用下将部分嵌入筒体的内壁，将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，在离心机的作用下铝液将贴合于筒体的内壁，多孔碳纤维棒的一部分嵌入铜板中，多孔碳纤维棒的另一部分嵌入凝固后的铝板中，使铜铝复合界面的连接稳固性大幅提升。
请参照图1所示，本发明提供的一种铜铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将金属铜板加工成外径与铸造模具的型腔内径相适配的筒体，并将所述筒体嵌入所述铸造模具的型腔中；
S2、将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁，并将铸造模具加热至980～1020℃；
S3、将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封，之后将铸造模具置于离心机上进行离心处理，同时将铸造模具的温度降低至室温，之后关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板。
从上述描述可知，将铸造模具加热至980～1020℃，略低于铜的熔融温度，此时筒体的硬度较低，固定于筒体内壁的多孔碳纤维棒在离心机的作用下将部分嵌入筒体的内壁，将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，在离心机的作用下铝液将贴合于筒体的内壁，铝液冷却凝固后将呈中空状，得到内层为铝板、外层为铜板的筒状铜铝复合板，铝液在离心状态下的冷却凝固过程中与铜板互相扩散连接，同时多孔碳纤维棒的一部分嵌入铜板中，多孔碳纤维棒的另一部分嵌入凝固后的铝板中，使铜铝复合界面的连接稳固性大幅提升。
进一步的，S3之后还包括：
S4、将所述呈筒状的铜铝复合板的筒壁裁剪开，得到片状铜铝复合板。
进一步的，S4之后还包括：
S5、将所述片状铜铝复合板进行碾轧处理，使所述片状铜铝复合板的厚度变薄。
从上述描述可知，所述片状铜铝复合板进行碾轧处理，使所述片状铜铝复合板的厚度变薄的同时，能够进一步提升铜铝复合界面的连接强度。
进一步的，S5之后还包括：
S6、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中进行热压扩散处理。
从上述描述可知，热压扩散处理使铜铝复合界面的铜相和铝相进一步扩散连接。
进一步的，S401、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至520～560℃，并给热压模具加压至8～10MPa；
S403、将所述片状铜铝复合板在520～560℃下保温30～60分钟。
进一步的，S2中多孔碳纤维棒表面沉积有金属镍层。
从上述描述可知，金属镍层中的镍原子将扩散进入铜相和铝相，在多孔碳纤维棒周围形成铜铝镍复合相，使铜铝复合界面的连接强度大幅提升。
进一步的，所述金属镍层的沉积包括以下步骤：
用酒精对多孔碳纤维棒的表面进行清洗，之后将多孔碳纤维棒放入物理气相沉积炉中对多孔碳纤维棒的表面进行1～3小时的镍沉积。
从上述描述可知，将多孔碳纤维棒放入物理气相沉积炉中进行镍沉积，得到的金属镍层厚度均匀，使得到的铜铝镍复合相均匀分布于多孔碳纤维棒周围。
进一步的，S2中将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁包括：通过材质为铝合金的销钉将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁。
从上述描述可知，材质为铝合金的销钉起到临时固定的作用，在铝液浇入后将部分熔融于铝液中。
进一步的，S3包括：
S301、将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封；
S302、将铸造模具置于离心机上进行转速为1200～1600rpm的离心处理20～35分钟，同时将铸造模具的温度降低至室温；
S303、关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板。
进一步的，所述铝液为铝镍合金液。
请参照图1所示，本发明的实施例一为：
一种铜铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将金属铜板加工成外径与铸造模具的型腔内径相适配的筒体，并将所述筒体嵌入所述铸造模具的型腔中；
S2、将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁，并将铸造模具加热至980℃；
其中，S2中多孔碳纤维棒表面沉积有金属镍层；
具体地，所述金属镍层的沉积包括以下步骤：
用酒精对多孔碳纤维棒的表面进行清洗，之后将多孔碳纤维棒放入物理气相沉积炉中对多孔碳纤维棒的表面进行2小时的镍沉积；
具体地，S2中将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁包括：通过材质为铝合金的销钉将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁；
S3、将体积占筒体容积75％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封，之后将铸造模具置于离心机上进行离心处理，同时将铸造模具的温度降低至室温，之后关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板；
其中，S3包括：
S301、将体积占筒体容积75％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封；
S302、将铸造模具置于离心机上进行转速为1200rpm的离心处理30分钟，同时将铸造模具的温度降低至室温；
S303、关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板；
S4、将所述呈筒状的铜铝复合板的筒壁裁剪开，得到片状铜铝复合板；
S5、将所述片状铜铝复合板进行碾轧处理，使所述片状铜铝复合板的厚度变薄；
S6、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中进行热压扩散处理；
其中，S6包括：
S601、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S602、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至560℃，并给热压模具加压至8MPa；
S603、将所述片状铜铝复合板在560℃下保温60分钟。
本发明的实施例二为：
一种铜铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将金属铜板加工成外径与铸造模具的型腔内径相适配的筒体，并将所述筒体嵌入所述铸造模具的型腔中；
S2、将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁，并将铸造模具加热至1020℃；
其中，S2中多孔碳纤维棒表面沉积有金属镍层；
具体地，所述金属镍层的沉积包括以下步骤：
用酒精对多孔碳纤维棒的表面进行清洗，之后将多孔碳纤维棒放入物理气相沉积炉中对多孔碳纤维棒的表面进行1小时的镍沉积；
具体地，S2中将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁包括：通过材质为铝合金的销钉将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁；
S3、将体积占筒体容积50％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封，之后将铸造模具置于离心机上进行离心处理，同时将铸造模具的温度降低至室温，之后关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板；
其中，S3包括：
S301、将体积占筒体容积50％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封；
S302、将铸造模具置于离心机上进行转速为1600rpm的离心处理20分钟，同时将铸造模具的温度降低至室温；
S303、关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板；
S4、将所述呈筒状的铜铝复合板的筒壁裁剪开，得到片状铜铝复合板；
S5、将所述片状铜铝复合板进行碾轧处理，使所述片状铜铝复合板的厚度变薄；
S6、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中进行热压扩散处理；
其中，S6包括：
S601、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S602、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至540℃，并给热压模具加压至10MPa；
S603、将所述片状铜铝复合板在540℃下保温45分钟。
本发明的实施例三为：
一种铜铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将金属铜板加工成外径与铸造模具的型腔内径相适配的筒体，并将所述筒体嵌入所述铸造模具的型腔中；
S2、将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁，并将铸造模具加热至1000℃；
其中，S2中多孔碳纤维棒表面沉积有金属镍层；
具体地，所述金属镍层的沉积包括以下步骤：
用酒精对多孔碳纤维棒的表面进行清洗，之后将多孔碳纤维棒放入物理气相沉积炉中对多孔碳纤维棒的表面进行3小时的镍沉积；
具体地，S2中将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁包括：通过材质为铝合金的销钉将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁；
S3、将体积占筒体容积30％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封，之后将铸造模具置于离心机上进行离心处理，同时将铸造模具的温度降低至室温，之后关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板；
其中，S3包括：
S301、将体积占筒体容积30％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封；
S302、将铸造模具置于离心机上进行转速为1400rpm的离心处理35分钟，同时将铸造模具的温度降低至室温；
S303、关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板；
S4、将所述呈筒状的铜铝复合板的筒壁裁剪开，得到片状铜铝复合板；
S5、将所述片状铜铝复合板进行碾轧处理，使所述片状铜铝复合板的厚度变薄；
S6、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中进行热压扩散处理；
其中，S6包括：
S601、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S602、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至520℃，并给热压模具加压至9MPa；
S603、将所述片状铜铝复合板在520℃下保温60分钟。
综上所述，本发明提供的一种铜铝复合板的制备方法，将铸造模具加热至980～1020℃，略低于铜的熔融温度，此时筒体的硬度较低，固定于筒体内壁的多孔碳纤维棒在离心机的作用下将部分嵌入筒体的内壁，将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，在离心机的作用下铝液将贴合于筒体的内壁，铝液冷却凝固后将呈中空状，得到内层为铝板、外层为铜板的筒状铜铝复合板，铝液在离心状态下的冷却凝固过程中与铜板互相扩散连接，同时多孔碳纤维棒的一部分嵌入铜板中，多孔碳纤维棒的另一部分嵌入凝固后的铝板中，使铜铝复合界面的连接稳固性大幅提升。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种铜铝复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将金属铜板加工成外径与铸造模具的型腔内径相适配的筒体，并将所述筒体嵌入所述铸造模具的型腔中；
S2、将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁，并将铸造模具加热至980～1020℃；
S3、将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封，之后将铸造模具置于离心机上进行离心处理，同时将铸造模具的温度降低至室温，之后关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板；
S4、将所述呈筒状的铜铝复合板的筒壁裁剪开，得到片状铜铝复合板。
2.根据权利要求1所述的铜铝复合板的制备方法，其特征在于，S4之后还包括：
S5、将所述片状铜铝复合板进行碾轧处理，使所述片状铜铝复合板的厚度变薄。
3.根据权利要求2所述的铜铝复合板的制备方法，其特征在于，S5之后还包括：
S6、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中进行热压扩散处理。
4.根据权利要求3所述的铜铝复合板的制备方法，其特征在于，S6包括：
S601、将所述片状铜铝复合板置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S602、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至520～560℃，并给热压模具加压至8～10MPa；
S603、将所述片状铜铝复合板在520～560℃下保温30～60分钟。
5.根据权利要求1所述的铜铝复合板的制备方法，其特征在于，S2中多孔碳纤维棒表面沉积有金属镍层。
6.根据权利要求5所述的铜铝复合板的制备方法，其特征在于，所述金属镍层的沉积包括以下步骤：
用酒精对多孔碳纤维棒的表面进行清洗，之后将多孔碳纤维棒放入物理气相沉积炉中对多孔碳纤维棒的表面进行1～3小时的镍沉积。
7.根据权利要求1所述的铜铝复合板的制备方法，其特征在于，S2中将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁包括：通过材质为铝合金的销钉将三支以上的多孔碳纤维棒沿筒体的周向均匀固定于筒体的内壁。
8.根据权利要求1所述的铜铝复合板的制备方法，其特征在于，S3包括：
S301、将体积占筒体容积30％～75％的铝液浇入筒体内，并将所述铸造模具的上端开口密封；
S302、将铸造模具置于离心机上进行转速为1200～1600rpm的离心处理20～35分钟，同时将铸造模具的温度降低至室温；
S303、关闭所述离心机，得到呈筒状的铜铝复合板。
9.根据权利要求1所述的铜铝复合板的制备方法，其特征在于，所述铝液为铝镍合金液。
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