氮化硼增强铜基复合材料及其制备方法

本发明涉及复合材料，具体地，涉及一种氮化硼增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、铜具有优异的导电性能，作为重要的导体材料被广泛应用于电工电子等关键领域。然而，随着第五代移动通信技术（5g）、新能源、功率半导体等领域的迅速发展，设备所需承载的电流越来越大，产热功率也在不断上升，对铜材料的性能提出了新的要求。为了确保器件的供电和散热，铜材料需要具备优异的电导率和热导率，尤其是高温下需要保持较高的电导率和热导率。此外，电子设备所面临的服务条件越来越复杂，经?；峤哟サ礁髦忠禾褰橹?，而在碱性或高盐浓度条件下，纯铜可能会发生严重腐蚀，导致器件失效。

2、为了解决金属腐蚀问题，人们通常采用有机或无机涂层包覆在金属表面，作为有效的防护手段。例如，在输电线上采用pvc或pe作为护套用于绝缘，在漆包线上使用树脂作为绝缘层，这些涂层作为绝缘层可以为铜材提供良好的腐蚀防护，并且不会影响铜材本身的电导率和热导率。然而，针对微纳电子等领域的铜材使用，涂层会影响铜导体与电子器件的接触，传统的有机或无机涂层法不适用。在微纳电子等领域常用的防腐手段是合金化，合金化通过在纯铜中添加适量的锡、锌等合金元素，可以显著提高铜材的耐蚀性。然而，合金元素的引入会导致铜材的电导率和热导率大幅降低。例如，仅添加0.15?wt.%的锡元素就会使铜的电导率降低到90?%iacs以下。

3、因此，迫切需要开发一种具有较高耐腐蚀性的铜复合材料，同时能够保持甚至提高电导率和热导率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种氮化硼增强铜基复合材料及其制备方法，以至少部分解决上述技术问题。

2、作为本发明的第一个方面，提供了一种氮化硼增强铜基复合材料的制备方法，包括：制备氮化硼-铜的复合粉末；利用粉末冶金工艺将复合粉末制成氮化硼-铜的复合材料；对复合材料进行机械变形加工，使复合材料致密化，形成氮化硼与铜的叠层结构，得到氮化硼增强铜基复合材料；其中，叠层结构中氮化硼之间沿主变形方向的角度差小于10°。

3、根据本发明的实施例，该制备方法还包括：向复合粉末中引入铜纳米颗粒进行表面修饰，以提高氮化硼与铜之间的界面结合性能。

4、根据本发明的实施例，复合粉末中氮化硼与铜的质量比为（0.01~5）:（95~99.9）。

5、根据本发明的实施例，机械变形加工使复合材料产生的总形变量高于30%。

6、根据本发明的实施例，氮化硼为氮化硼纳米片；氮化硼纳米片的横向尺寸为0.5~20?μm，厚度为1~10?nm。

7、根据本发明的实施例，复合粉末中还包括掺杂金属；掺杂金属的添加量为复合粉末的0~5%；掺杂金属包括银、铬、锡、铁、镧、锆中的任意一种或多种。

8、根据本发明的实施例，机械变形加工的方法包括：将复合材料在800~1000℃温度下进行热轧处理；热轧处理中每次下轧量为8~12%，累计下轧量为50~75%。

9、根据本发明的实施例，经机械变形加工后，得到的氮化硼增强铜基复合材料的致密度高于99.5%；氮化硼增强铜基复合材料中氮化硼之间的层间距为0.1~2?μm；氮化硼增强铜基复合材料中氮化硼的横向尺寸为100~1000?nm。

10、作为本发明的第二个方面，提供了一种采用上述制备方法制备得到的氮化硼增强铜基复合材料，其中，氮化硼增强铜基复合材料的叠层结构中氮化硼之间沿主变形方向的角度差小于10°。

11、根据本发明的实施例，氮化硼增强铜基复合材料中包括氮化硼、铜和杂质元素；氮化硼增强铜基复合材料中氮化硼和铜的含量高于95%。

12、基于上述技术方案，本发明提供的氮化硼增强铜基复合材料及其制备方法，通过将氮化硼-铜的复合粉末制备成复合材料，并对复合材料进行机械变形加工，使氮化硼-铜的复合材料产生机械形变，在机械形变的过程中形成氮化硼与铜的叠层结构。并且能够控制剂叠层结构中氮化硼之间沿主变形方向的角度差小于10°，使复合材料进一步致密化，实现了氮化硼在铜基体中的高度定向排列，能够减少电子与氮化硼的散射，使氮化硼增强铜基复合材料的电导率保持在95?iacs%以上；并且还能充分发挥氮化硼面内高热导率的优势，在高温下仍然能够保持优异的热导率。进一步地，氮化硼具有优异的耐腐蚀性能，制备氮化硼-铜的复合材料能有效地提升铜材料的耐腐蚀性能。因此，基于该制备方法得到的氮化硼增强铜基复合材料具有较高的导热性能、导电性能和抗腐蚀性能。

技术特征：

1.一种氮化硼增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

9.一种采用如权利要求1~8中任意一项所述的制备方法制备得到的氮化硼增强铜基复合材料，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的氮化硼增强铜基复合材料，其特征在于，

技术总结
本发明提供了一种氮化硼增强铜基复合材料及其制备方法，其中，该制备方法包括：制备氮化硼?铜的复合粉末；利用粉末冶金工艺将复合粉末制成氮化硼?铜的复合材料；对复合材料进行机械变形加工，使复合材料致密化，形成氮化硼与铜的叠层结构，得到氮化硼增强铜基复合材料；其中，叠层结构中氮化硼之间沿主变形方向的角度差小于10°。

技术研发人员：何春年,朱少强,张翔,赵乃勤,钱天刚
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24