CN101538661A - 一种制备高导热金刚石/Al复合材料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属基复合材料研究领域，涉及一种制备高导热金刚石/Al复合材料的方法。其特征是先采用真空或盐浴镀覆的方法在粒度为10－150μm的金刚石粉体表面镀覆厚度0.1－5μm的Ti层后，然后再通过SPS粉末冶金或熔渗工艺与Al进行复合的方法来提高金刚石/Al复合材料的导热性能；金刚石与Al粉末的体积比为75～50∶25～50；金刚石－Al的界面结合由原来的机械物理结合变成强的化学结合，这样复合材料的热导率由原来的200W/m·K提高到407W/m·K。该方法不仅可以有效地提高金刚石/Al复合材料的热导率，而且可以防止金刚石粉体的高温石墨化。
Description
技术领域
本发明属于金属基复合材料研究领域，涉及一种制备高导热金刚石/Al复合材料的方法。
背景技术
由金刚石颗粒与Al组成的金刚石/Al复合材料具有优异的导热性、较小的热膨胀系数以及较低的密度(约为3g/cm3左右)，是高性能电子装备用最有发展前景的新一代封装材料之一。此外，随着人工合成金刚石技术的发展，金刚石粉末的价格也已大幅降低(＜2000元/公斤)。但是，目前国内还没有相关单位开展对该种材料的研究，而在国外的研究也刚刚开始，未见成熟的高性能、高质量金刚石/Al产品的报导。因此，积极开展金刚石/Al材料研究对于加速我国电子技术的发展具有非常重要的意义。
复合材料的热导率除了取决于基体和增强体的热导率外，基体与增强体的界面结合状况对于复合材料的导热行为也有非常重要的影响。已有的实验结果表明，采用粉末冶金或熔渗等方法直接将金刚石、纯Al进行复合时，复合材料的热导率仅为200W/m·K左右。这主要是由于金刚石与Al二者不润湿，其界面结合为弱的机械物理结合，使得热量在金刚石与Al之间传输的热阻加大，从而严重影响复合材料的导热性能。尽管提高工艺温度至1000℃以上可以改善二者的润湿性，但是金刚石与Al的界面结合强度仍然很差，并且此温度下金刚石本身热力学性质不稳定、极易石墨化，因而导致材料热导率明显下降。因此，为了充分发挥金刚石优异的热性能、制备高热导的复合材料，金刚石与Al的界面改性是必须要解决的关键科学问题。
发明内容
本发明目的是解决金刚石与Al的界面改性问题，充分发挥金刚石优异的热性能、制备高热导的复合材料。
一种制备高导热金刚石/Al复合材料的方法，其特征是先采用真空或盐浴镀覆的方法在粒度为10-150μm的金刚石粉体表面镀覆厚度约0.1-5μm的Ti层后，然后再通过SPS(等离子烧结)粉末冶金或熔渗工艺与Al进行复合的方法来提高金刚石/Al复合材料的导热性能；金刚石与Al粉末的体积比为75～50∶25～50，金刚石-Al的界面结合由原来的机械物理结合变成强的化学结合，这样复合材料的热导率由原来的200W/m·K左右提高到407W/m·K。采用SPS粉末冶金工艺将镀覆Ti的金刚石粉末与Al进行复合时，所选用的Al粉末粒度为1-150μm，温度为500-650℃，压力为30-50MPa；采用熔渗工艺将镀覆Ti的金刚石粉末与Al进行复合时，温度为600-750℃，熔渗压力为0.5-2MPa。
本发明通过在制备复合材料前，先在金刚石粉体表面镀覆0.1-5μm Ti层后，再采用粉末冶金或熔渗工艺与Al进行复合，通过在金刚石与Al之间建立由金刚石+TiC+Ti+基体Al组成的强化学键界面过渡层后，复合材料的热导率由原来的200W/m·K左右提高到407W/m·K。该方法不仅可以有效地提高金刚石/Al复合材料的热导率，而且可以防止金刚石粉体的高温石墨化。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式：
实施例1：采用真空镀覆的方法在金刚石粉体表面镀厚度为4μm的Ti层，金刚石粒度为50μm，Al粉末粒度30μm，金刚石与Al粉末的体积比为75∶25。
按照设定的比例将金刚石与Al粉末在球磨机中混合3个小时，球磨机的转速为120转/分钟，混合均匀后，将混合粉放入等离子烧结炉(SPS)中进行烧结，烧结温度为650℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/分钟，保温时间5分钟。采用此工艺制备的金刚石/Al复合材料热导率达到380W/m·K，致密度高于99％。
实施例2：采用真空镀覆的方法在金刚石粉体表面镀厚度为0.9μm的Ti层，金刚石粒度为50μm，Al粉末粒度30μm，金刚石与Al粉末的体积比为55∶45。
按照设定的比例将金刚石与Al粉末在球磨机中混合3个小时，球磨机的转速为120转/分钟，混合均匀后，将混合粉放入等离子烧结炉(SPS)中进行烧结，烧结温度为650℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/分钟，保温时间5分钟。采用此工艺制备的金刚石/Al复合材料热导率达到400W/m·K，致密度高于99％。
实施例3：采用盐浴镀覆的方法在金刚石粉体表面镀厚度为4μm的Ti层，金刚石粒度为50μm，Al粉末粒度30μm，金刚石与Al粉末的体积比为50∶50
按照设定的比例将金刚石与Al粉末在球磨机中混合3个小时，球磨机的转速为120转/分钟，混合均匀后，将混合粉放入等离子烧结炉(SPS)中进行烧结，烧结温度为650℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/分钟，保温时间5分钟。采用此工艺制备的金刚石/Al复合材料热导率达到380W/m·K，致密度高于99％。
实施例4：采用盐浴镀覆的方法在金刚石粉体表面镀厚度为0.9μm的Ti层，金刚石粒度为50μm，Al粉末粒度30μm，金刚石与Al粉末的体积比为55∶45。
按照设定的比例将金刚石与Al粉末在球磨机中混合3个小时，球磨机的转速为120转/分钟，混合均匀后，将混合粉放入等离子烧结炉(SPS)中进行烧结，烧结温度为650℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/分钟，保温时间5分钟。采用此工艺制备的金刚石/Al复合材料热导率达到400W/m·K，致密度高于99％。
实施例5：采用真空镀覆的方法在金刚石粉体表面镀厚度为4μm的Ti层，金刚石粒度为60μm，Al粉末粒度50μm，金刚石与Al粉末的体积比为60∶40。
按照设定的比例将金刚石与Al粉末在球磨机中混合3个小时，球磨机的转速为120转/分钟，混合均匀后，将混合粉放入等离子烧结炉(SPS)中进行烧结，烧结温度为650℃，烧结压力为40MPa，升温速率为30℃/分钟，保温时间5分钟。采用此工艺制备的金刚石/Al复合材料热导率达到407W/m·K，致密度高于99％。
实施例6：采用真空镀覆的方法在金刚石粉体表面镀厚度为4μm的Ti层，金刚石粒度为50μm，金刚石与Al粉末的体积比为65∶35。
将镀覆Ti的金刚石粉末放入到石墨磨具中，然后再将纯Al锭放在金刚石粉末的上方，最后再一起放入熔渗炉中，以40℃/min的升温速率升至700℃，然后施加1MPa的压力，将熔融的Al压渗到金刚石粉末间的孔隙中去，保压时间为3分钟。采用此工艺制备的金刚石/Al复合材料热导率达到405W/m·K，致密度高于99％。
Claims (3)
1.一种制备高导热金刚石/Al复合材料方法，其特征是先采用真空或盐浴镀覆的方法在粒度为10-150μm的金刚石粉体表面镀覆厚度0.1-5μm的Ti层后，然后再通过SPS粉末冶金或熔渗工艺与Al进行复合的方法来提高金刚石/Al复合材料的导热性能；金刚石与Al粉末的体积比为75～50∶25～50；金刚石-Al的界面结合由原来的机械物理结合变成强的化学结合，这样复合材料的热导率由原来的200W/m·K提高到407W/m·K。
2.按照权利要求1所述的制备高导热金刚石/Al复合材料方法，其特征在于：采用SPS粉末冶金工艺将镀覆Ti的金刚石粉末与Al进行复合时，所选用的Al粉末粒度为1-150μm，温度为500-650℃，压力为30-50MPa。
3.按照权利要求1所述的制备高导热金刚石/Al复合材料方法，其特征在于：采用熔渗工艺将镀覆Ti的金刚石粉末与Al进行复合时，温度为600-750℃，熔渗压力为0.5-2MPa。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101985702A (zh) * | 2010-06-29 | 2011-03-16 | 北京科技大学 | 一种超高导热、低热膨胀系数金刚石复合材料及制备方法 |
| CN102534331A (zh) * | 2012-01-10 | 2012-07-04 | 上海交通大学 | 一种高导热金刚石/铝复合材料的制备方法 |
| CN104139182A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-11-12 | 燕山大学 | 一种超硬磨料表面制备镀层的方法 |
| CN107345283A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-11-14 | 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 | 一种金刚石颗粒增强铝基制动耐磨复合材料及制备方法 |
| CN107385262A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-11-24 | 北京科技大学广州新材料研究院 | 一种制备具有高体积分数金刚石/铝复合材料零件的方法 |
| CN107419133A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-12-01 | 南通鑫祥锌业有限公司 | 高体积分数金刚石‑锌复合材料 |
| CN110724846A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-01-24 | 南昌航空大学 | 一种通过Cu-Ti混合镀层制备金刚石/铝复合材料的方法 |
| CN111843165A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-10-30 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种金刚石微流道的扩散连接方法 |
| CN113528881A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-10-22 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 铝金刚石热沉片的制造方法 |
-
2009
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101985702A (zh) * | 2010-06-29 | 2011-03-16 | 北京科技大学 | 一种超高导热、低热膨胀系数金刚石复合材料及制备方法 |
| CN101985702B (zh) * | 2010-06-29 | 2013-02-06 | 北京科技大学 | 一种超高导热、低热膨胀系数金刚石复合材料及制备方法 |
| CN102534331A (zh) * | 2012-01-10 | 2012-07-04 | 上海交通大学 | 一种高导热金刚石/铝复合材料的制备方法 |
| CN104139182A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-11-12 | 燕山大学 | 一种超硬磨料表面制备镀层的方法 |
| CN107345283A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-11-14 | 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 | 一种金刚石颗粒增强铝基制动耐磨复合材料及制备方法 |
| CN107345283B (zh) * | 2017-01-20 | 2020-03-17 | 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 | 一种金刚石颗粒增强铝基制动耐磨复合材料及制备方法 |
| CN107419133A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-12-01 | 南通鑫祥锌业有限公司 | 高体积分数金刚石‑锌复合材料 |
| CN107385262A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-11-24 | 北京科技大学广州新材料研究院 | 一种制备具有高体积分数金刚石/铝复合材料零件的方法 |
| CN110724846A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-01-24 | 南昌航空大学 | 一种通过Cu-Ti混合镀层制备金刚石/铝复合材料的方法 |
| CN111843165A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-10-30 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种金刚石微流道的扩散连接方法 |
| CN111843165B (zh) * | 2020-08-10 | 2021-07-09 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种金刚石微流道的扩散连接方法 |
| CN113528881A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-10-22 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 铝金刚石热沉片的制造方法 |
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