CN107760951A - 一种金刚石/铝复合材料及其低成本制备方法 - Google Patents

一种金刚石/铝复合材料及其低成本制备方法 Download PDF

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Abstract

一种金刚石/铝复合材料及其低成本制备方法，涉及一种金刚石/铝复合材料及其制备方法。本发明为了解决现有技术制备的金刚石/铝复合材料的会产生有害界面反应物、热导率低和制备成本高的问题。金刚石/铝复合材料由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中。制备：一、近净成型模具准备；二、金刚石粉的表面镀膜处理；三、气压浸渗准备；四、气压浸渗；五、脱模。本发明方法得到的金刚石/铝复合材料的致密度达99.8％以上，制备方法节省了铝金属，提高了金刚石粉与铝金属的界面结合强度，解决了解决现有金刚石/铝复合材料热导率低的问题。本发明适用于制备金刚石/铝复合材料。

Description

一种金刚石/铝复合材料及其低成本制备方法
技术领域
本发明涉及一种金刚石/铝复合材料及其制备方法
背景技术
近几年电子行业的迅猛发展使得电路的功耗越来越大，这严重提高了芯片等关键电子元器件的可靠性和寿命的要求。在电子通信领域，芯片的功耗几乎以每年50％以上的速度进行增长。现有的用于导热的电子封装材料如钼铜、钨铜和碳化硅铝等材料已经越来越难以满足行业需求，甚至已经是制约行业发展的瓶颈问题。而金刚石/铝复合材料的导热性能是钼或铜导热率的2倍以上，并且具有适当的热膨胀系数，开始越来越受到电子行业的关注。但是市场上几乎没有成熟的金刚石/铝复合材料可供选择，原因是高昂的价格高，因此开发一种低成本高生产效率的金刚石/铝复合材料的制备方法是非常必要的；
金刚石/铝复合材料的制备方法分为固态法和液态法，固态法包括放电等离子烧结和真空热压，液态法包括无压浸渗、气压浸渗和挤压铸造；
气压浸渗技术(GPI)是制备金属基复合材料的常用技术之一，特点是真空环境、气体压力浸渗、高于合金熔点的浸渗温度和随后的缓慢炉冷。优点是可实现压力和温度的连续变化，缺点是对设备要求高，生产效率低下，制备成本高。GPI可实现金刚石与液态铝合金的充分接触，有利于强化界面结合，制备的金刚石/铝复合材料通常具有优异的性能。气压浸渗工艺参数对金刚石/铝复合材料界面结构和热导率的影响十分显著。随浸渗温度提高和接触时间增加，金刚石(111)晶面的反应被激活，而且(100)晶面和(111)晶面反应差异性逐渐降低，气压浸渗制备的复合材料的热导率达670W/(m·K)。在此基础上，提高浸渗温度、压力和接触时间可以促进金刚石与铝扩散反应的动力学，改变界面微观结构，对复合材料的热导率产生强烈影响。但是复合材料的热导率并会不随界面反应的增多而单调提高，熔融铝与金刚石发生反应在界面处生成Al4C3，Al4C3在潮湿环境中会发生水解，进而导致金刚石铝复合材料的热导率和强度下降；并且气压浸渗制备技术难以实现连续生产，这导致很难降低其制备成本，制约了技术的应用。
发明内容
本发明为了解决现有技术制备的金刚石/铝复合材料的会产生有害界面反应物、热导率低和制备成本高的问题，提出一种金刚石/铝复合材料及其低成本制备方法。
一种金刚石/铝复合材料，由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中；
所述铝金属为纯铝或铝合金；所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的混合物；
所述带有镀膜层的单晶金刚石粉的镀膜层为一层或者两层以上；
所述镀膜层的材质为Ti、Cr、W、Mo或Zr；
所述镀膜层的厚度为30～500nm；
所述金刚石粉的粒径为10～300μm；
所述金刚石/铝复合材料中金刚石粉的体积分数为61％～70％；
所述金刚石粉为单晶金刚石粉；
本发明方法金刚石/铝复合材料的致密度达99.8％以上，解决了现有技术中制备的金刚石/铝复合材料的致密度低的问题；单晶金刚石粉的表面进行镀膜处理提高了金刚石粉与铝金属的润湿性，使金刚石与铝的界面反应充分，镀膜层与铝金属互溶，进而提高了金刚石粉与铝金属的界面结合强度，有利于提高金刚石/铝复合材料的热导率，解决了现有技术制备的金刚石/铝复合材料热导率低的问题；同时金刚石与铝反应生成Al4C3会使金刚石/铝复合材料的热导率在湿热环境下发生衰退，金刚石粉的表面镀膜处理可以阻止或者减少金刚石与铝发生不良反应生成Al4C3，从而避免可以有害反应物的生成，提高了材料服役的可靠性；
上述金刚石/铝复合材料的低成本制备方法按以下步骤进行：
一、近净成型模具准备
根据构件的图纸设计制备对应的具有模具浇口的近净成型模具；
所述成型模具的材质为陶瓷、难熔金属或石墨；所述石墨包括浸渗了化学辅料的石墨；所述化学辅料为沥青；所述难熔金属为钼合金或钨合金；
其中，浸渗了化学辅料的石墨与传统石墨相比具有更高的致密度；
二、金刚石粉的表面处理
在金刚石粉的表面进行镀膜处理得到带有镀膜层的金刚石粉；所述镀膜层的材质为Ti、Cr、W、Mo或Zr；
所述镀膜处理工艺为化学镀、化学气相沉积、溶胶凝胶或磁控溅射；
其中，金刚石粉的表面镀膜处理后，镀膜可以阻止或者减少金刚石和铝的界面Al4C3的生成，因为Al4C3容易发生水解，进而导致材料性能下降，所以阻止或者减少金刚石和铝的界面Al4C3的生成，可以避免金刚石和铝的界面性能下降；
三、气压浸渗准备
将步骤二得到的带有镀膜层的金刚石粉装入步骤一中的近净成型模具内，将成型模具放入气压浸渗炉内，并将成型模具吊装在气压浸渗炉内上部的提拉杆下端，将盛有铝金属的坩埚置于炉内成型模具下方；
四、气压浸渗
将气压浸渗炉内的温度提高至高于铝金属的熔点10～300℃，铝金属熔化后保温30～400min，然后降低提拉杆至成型模具全部浸入熔化的铝金属内部，以2MPa/min的加压速率向气压浸渗炉内充入气体将气压浸渗炉内的压力升高至0.1～10MPa，保压0～30min后，提升提拉杆将成型模具从熔化的铝金属内取出，并在气压浸渗炉内盛有铝金属的坩埚上方保压凝固；所述气压浸渗炉内充入的气体为惰性气体，惰性气体为氦气、氩气或氮气；所述向气压浸渗炉内充入气体的压强为0.1～10MPa；
其中，向气压浸渗炉内充入气体后气压浸渗炉内的压力升高，在不保压的情况下，熔化的铝金属便能通过模具浇口强行挤压入进入成型模具内带有镀膜层的金刚石粉的间隙中，增加的保压0～30min能够更加充分的保证熔化的铝金属对成型模具内带有镀膜层的金刚石粉进行充分浸渗，气体压强为0.1～10MPa能够满足不同粒径的金刚石、不同晶形完整程度的金刚石、不同的铝合金熔液与金刚石的润湿角和不同粘度的铝金属熔液的浸渗；并且升温速率并不会影响本发明金刚石/铝复合材料的制备；
将气压浸渗炉抽真空处理并将炉温提升至高于铝金属的熔点10～300℃，10～300℃的温度设定是根据铝金属的种类确定，不同种类的铝金属的粘度不同；30～400min的保温时间是根据铝金属的重量确定，足够的保温时间能使铝金属充分熔化并且温度均匀；
五、脱模
炉温冷却至室温后，取出成型模具并脱模，即完成；
本发明具备以下有益效果：
1、本发明方法得到的金刚石/铝复合材料的致密度达99.8％以上，解决了现有技术中制备的金刚石/铝复合材料的致密度低的问题；
2、通过本发明特有的提拉方式浸渗和坩埚外冷却方式，并且采用近净成型模具进行成型，浸渗后直接从坩埚中取出模具，成型模具不会附着多余的铝金属溶液从坩埚内带出，即节省了铝金属节约了成本，又减少了因为去除模具上粘有的铝金属造成的多余工序，气压浸渗炉内可以设置多个提拉杆，当一个成型模具浸渗结束后提拉起来并将移动到别处后，便可以操作另一个提拉杆进行浸渗，形成连续浸渗，提高了生产效率，间接降低了制备成本；
3、本发明通过在单晶金刚石粉的表面进行镀膜处理，提高了金刚石粉与铝金属的润湿性，使金刚石与铝的界面反应充分，使金刚石与铝的界面反应充分，镀膜层与铝金属互溶，进而提高了金刚石粉与铝金属的界面结合强度，有利于提高金刚石/铝复合材料的热导率，解决了现有技术制备的金刚石/铝复合材料热导率低的问题；本发明方法制备得到的由工业纯铝1199和带有Mo镀膜层金刚石粉构成的金刚石/铝复合材料的热导率达到680W/m·K；由AlSi10铝合金和带有Cr镀膜层金刚石粉构成的金刚石/铝复合材料的热导率达到520W/m·K；由2024铝合金和带有Mo镀膜层金刚石粉构成的金刚石/铝复合材料的热导率达到530W/m·K；同时金刚石与铝反应生成Al4C3会使金刚石/铝复合材料的热导率在湿热环境下发生衰退，本发明通过在金刚石粉的表面进行镀膜处理，可以阻止或者减少金刚石与铝发生不良反应生成Al4C3，从而避免可以有害反应物的生成，提高了材料服役的可靠性。
附图说明
图1为本发明方法气压浸渗过程示意图；图中，1为气压浸渗炉，2为提拉杆，3为盛有带有镀膜层的金刚石粉的近净成型模具，4为坩埚，5为熔化后的铝金属。
图2为实施例3制备的金刚石/铝复合材料的100倍光学照片；
图3为实施例3带孔的金刚石/铝复合材料导热构件。
具体实施方式：
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式金刚石/铝复合材料，该复合材料由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中；
所述铝金属为纯铝或铝合金；
所述带有镀膜层的金刚石粉的镀膜层为一层或者两层以上；
所述镀膜层的材质为Ti、Cr、W、Mo或Zr；
所述金刚石/铝复合材料中金刚石粉的体积分数为61％～70％。
本实施方式具备以下有益效果：
本实施方式方法金刚石/铝复合材料的致密度达99.8％以上，解决了现有技术中制备的金刚石/铝复合材料的致密度低的问题；单晶金刚石粉的表面进行镀膜处理提高了金刚石粉与铝金属的润湿性，使金刚石与铝的界面反应充分，镀膜层与铝金属互溶，进而提高了金刚石粉与铝金属的界面结合强度，有利于提高金刚石/铝复合材料的热导率，解决了现有技术制备的金刚石/铝复合材料热导率低的问题；同时金刚石与铝反应生成Al4C3会使金刚石/铝复合材料的热导率在湿热环境下发生衰退，金刚石粉的表面镀膜处理可以阻止或者减少金刚石与铝发生不良反应生成Al4C3，从而避免可以有害反应物的生成，提高了材料服役的可靠性；
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述镀膜层的厚度为30～500nm。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述金刚石粉的粒径为10～300μm。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述金刚石粉为单晶金刚石粉。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的混合物。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式金刚石/铝复合材料的低成本制备方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：
一、近净成型模具准备
根据构件的图纸设计制备对应的具有模具浇口的近净成型模具；
二、金刚石粉的表面处理
在金刚石粉的表面进行镀膜处理得到带有镀膜层的金刚石粉；所述镀膜层的材质为Ti、Cr、W、Mo或Zr；
三、气压浸渗准备
将步骤二得到的带有镀膜层的金刚石粉装入步骤一中的近净成型模具内，将成型模具放入气压浸渗炉内，并将成型模具吊装在气压浸渗炉内上部的提拉杆下端，将盛有铝金属的坩埚置于炉内成型模具下方；
四、气压浸渗
将气压浸渗炉内的温度提高至高于铝金属的熔点10～300℃，铝金属熔化后保温30～400min，然后降低提拉杆至成型模具全部浸入熔化的铝金属内部，以2MPa/min的加压速率向气压浸渗炉内充入气体将气压浸渗炉内的压力升高至0.1～10MPa，保压0～30min后，提升提拉杆将成型模具从熔化的铝金属内取出，并在气压浸渗炉内盛有铝金属的坩埚上方保压凝固；所述气压浸渗炉内充入的气体为惰性气体；
五、脱模
炉温冷却至室温后，取出成型模具并脱模，即完成。
本实施方式具备以下有益效果：
1、本实施方式方法得到的金刚石/铝复合材料的致密度达99.8％以上，解决了现有技术中制备的金刚石/铝复合材料的致密度低的问题；
2、通过本实施方式特有的提拉方式浸渗和坩埚外冷却方式，并且采用近净成型模具进行成型，浸渗后直接从坩埚中取出模具，成型模具不会附着多余的铝金属溶液从坩埚内带出，即节省了铝金属节约了成本，又减少了因为去除模具上粘有的铝金属造成的多余工序，气压浸渗炉内可以设置多个提拉杆，当一个成型模具浸渗结束后提拉起来并将移动到别处后，便可以操作另一个提拉杆进行浸渗，形成连续浸渗，提高了生产效率，间接降低了制备成本；
3、本实施方式通过在单晶金刚石粉的表面进行镀膜处理，提高了金刚石粉与铝金属的润湿性，使金刚石与铝的界面反应充分，镀膜层与铝金属互溶，进而提高了金刚石粉与铝金属的界面结合强度，有利于提高金刚石/铝复合材料的热导率，解决了现有技术制备的金刚石/铝复合材料热导率低的问题；本实施方式方法制备得到的由工业纯铝1199和带有Mo镀膜层金刚石粉构成的金刚石/铝复合材料的热导率达到680W/m·K；由AlSi10铝合金和带有Cr镀膜层金刚石粉构成的金刚石/铝复合材料的热导率达到520W/m·K；由2024铝合金和带有Mo镀膜层金刚石粉构成的金刚石/铝复合材料的热导率达到530W/m·K；同时金刚石与铝反应生成Al4C3会使金刚石/铝复合材料的热导率在湿热环境下发生衰退，本实施方式通过在金刚石粉的表面进行镀膜处理，可以阻止或者减少金刚石与铝发生不良反应生成Al4C3，从而避免可以有害反应物的生成，提高了材料服役的可靠性。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一所述成型模具的材质为陶瓷、难熔金属或石墨。其他步骤和参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述难熔金属为钼合金或钨合金。其他步骤和参数与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤二所述镀膜处理工艺为化学镀、化学气相沉积、溶胶凝胶或磁控溅射。其他步骤和参数与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤四所述向气压浸渗炉内充入气体的压强为0.1～10MPa。其他步骤和参数与具体实施方式六至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：
本实施例金刚石/铝复合材料由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中；
所述铝金属为2024铝合金；所述带有镀膜层的单晶金刚石粉的镀膜层为一层；所述镀膜层的材质为Ti；所述镀膜层的厚度为200nm；所述金刚石粉的粒径为100μm；所述金刚石/铝复合材料中金刚石粉的体积分数为70％；所述金刚石粉为单晶金刚石粉；
上述金刚石/铝复合材料的低成本制备方法按以下步骤进行：
一、近净成型模具准备
根据构件的图纸设计制备对应的具有模具浇口的近净成型模具；所述成型模具的材质为陶瓷；
二、金刚石粉的表面处理
在金刚石粉的表面进行镀膜处理得到带有镀膜层的金刚石粉；所述镀膜处理工艺为化学镀；所述镀膜层的材质为Ti；
三、气压浸渗准备
将步骤二得到的带有镀膜层的金刚石粉装入步骤一中的近净成型模具内，将成型模具放入气压浸渗炉内，并将成型模具吊装在气压浸渗炉内上部的提拉杆下端，将盛有铝金属的坩埚置于炉内成型模具下方；
四、气压浸渗
将气压浸渗炉内的温度提高至高于铝金属的熔点780℃，铝金属熔化后保温60min，然后降低提拉杆至成型模具全部浸入熔化的铝金属内部，以2MPa/min的加压速率向气压浸渗炉内充入气体将气压浸渗炉内的压力升高至10MPa，保压15min后，提升提拉杆将成型模具从熔化的铝金属内取出，并在气压浸渗炉内盛有铝金属的坩埚上方保压凝固；所述气压浸渗炉内充入的气体为惰性气体，惰性气体为氮气；所述向气压浸渗炉内充入气体的压强为10MPa；
五、脱模
炉温冷却至室温后，取出成型模具并脱模，即完成；
本实施例效果为：
1、本实施例得到的金刚石/铝复合材料的致密度达99.8％，解决了现有技术中制备的金刚石/铝复合材料的致密度低的问题；
2、本实施例制备的金刚石/铝复合材料的密度为3.24g/cm3，热导率为530W/m·K，在20～100℃下热膨胀系数为8.0～9.0 10-6/℃，三点弯曲强度为270MPa；
3、通过本实施方式特有的提拉方式浸渗和坩埚外冷却方式，并且采用近净成型模具进行成型，浸渗后直接从坩埚中取出模具，成型模具不会附着多余的铝金属溶液从坩埚内带出，即节省了铝金属节约了成本，又减少了因为去除模具上粘有的铝金属造成的多余工序，气压浸渗炉内可以设置多个提拉杆，当一个成型模具浸渗结束后提拉起来并将移动到别处后，便可以操作另一个提拉杆进行浸渗，形成连续浸渗，提高了生产效率，间接降低了制备成本；
实施例2：
本实施例金刚石/铝复合材料由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中；
所述铝金属为AlSi10铝合金；所述带有镀膜层的单晶金刚石粉的镀膜层为一层；所述镀膜层的材质为Cr；所述镀膜层的厚度为100nm；所述金刚石粉的粒径为50μm；所述金刚石/铝复合材料中金刚石粉的体积分数为70％；所述金刚石粉为单晶金刚石粉；
上述金刚石/铝复合材料的低成本制备方法按以下步骤进行：
一、近净成型模具准备
根据构件的图纸设计制备对应的具有模具浇口的近净成型模具；所述成型模具的材质为陶瓷；
二、金刚石粉的表面处理
在金刚石粉的表面进行镀膜处理得到带有镀膜层的金刚石粉；所述镀膜处理工艺为化学镀；所述镀膜层的材质为Cr；
三、气压浸渗准备
将步骤二得到的带有镀膜层的金刚石粉装入步骤一中的近净成型模具内，将成型模具放入气压浸渗炉内，并将成型模具吊装在气压浸渗炉内上部的提拉杆下端，将盛有铝金属的坩埚置于炉内成型模具下方；
四、气压浸渗
将气压浸渗炉内的温度提高至高于铝金属的熔点750℃，铝金属熔化后保温90min，然后降低提拉杆至成型模具全部浸入熔化的铝金属内部，以2MPa/min的加压速率向气压浸渗炉内充入气体将气压浸渗炉内的压力升高至15MPa，保压25min后，提升提拉杆将成型模具从熔化的铝金属内取出，并在气压浸渗炉内盛有铝金属的坩埚上方保压凝固；所述气压浸渗炉内充入的气体为惰性气体，惰性气体为氮气；所述向气压浸渗炉内充入气体的压强为15MPa；
五、脱模
炉温冷却至室温后，取出成型模具并脱模，即完成；
本实施例效果为：
1、本实施例得到的金刚石/铝复合材料的致密度达99.9％，解决了现有技术中制备的金刚石/铝复合材料的致密度低的问题；
2、本实施例制备的金刚石/铝复合材料的密度为3.22g/cm3，热导率为520W/m·K，在20～100℃下热膨胀系数为7.0～7.5 10-6/℃，三点弯曲强度为350MPa；
3、通过本实施方式特有的提拉方式浸渗和坩埚外冷却方式，并且采用近净成型模具进行成型，浸渗后直接从坩埚中取出模具，成型模具不会附着多余的铝金属溶液从坩埚内带出，即节省了铝金属节约了成本，又减少了因为去除模具上粘有的铝金属造成的多余工序，气压浸渗炉内可以设置多个提拉杆，当一个成型模具浸渗结束后提拉起来并将移动到别处后，便可以操作另一个提拉杆进行浸渗，形成连续浸渗，提高了生产效率，间接降低了制备成本。
实施例3：
本实施例制备一种金刚石/铝复合材料导热构件；本实施例金刚石/铝复合材料导热构件的材质为金刚石/铝复合材料，该金刚石/铝复合材料由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中；
所述铝金属为工业纯铝1199；所述带有镀膜层的单晶金刚石粉的镀膜层为一层；所述镀膜层的材质为Mo；所述镀膜层的厚度为100nm；所述金刚石粉的粒径为200μm；所述金刚石/铝复合材料中金刚石粉的体积分数为70％；所述金刚石粉为单晶金刚石粉；
上述金刚石/铝复合材料的低成本制备方法按以下步骤进行：
一、近净成型模具准备
根据金刚石/铝复合材料导热构件的图纸设计制备对应的具有模具浇口的近净成型模具；所述成型模具的材质为陶瓷；
二、金刚石粉的表面处理
在金刚石粉的表面进行镀膜处理得到带有镀膜层的金刚石粉；所述镀膜处理工艺为化学镀；所述镀膜层的材质为Mo；
三、气压浸渗准备
将步骤二得到的带有镀膜层的金刚石粉装入步骤一中的近净成型模具内，将成型模具放入气压浸渗炉内，并将成型模具吊装在气压浸渗炉内上部的提拉杆下端，将盛有铝金属的坩埚置于炉内成型模具下方；
四、气压浸渗
将气压浸渗炉内的温度提高至高于铝金属的熔点800℃，铝金属熔化后保温90min，然后降低提拉杆至成型模具全部浸入熔化的铝金属内部，以2MPa/min的加压速率向气压浸渗炉内充入气体将气压浸渗炉内的压力升高至10MPa，保压0min后，提升提拉杆将成型模具从熔化的铝金属内取出，并在气压浸渗炉内盛有铝金属的坩埚上方保压凝固；所述气压浸渗炉内充入的气体为惰性气体，惰性气体为氮气；所述向气压浸渗炉内充入气体的压强为10MPa；
五、脱模
炉温冷却至室温后，取出成型模具并脱模，即完成；
本实施例效果为：
1、本实施例得到的金刚石/铝复合材料的致密度达99.8.5％，解决了现有技术中制备的金刚石/铝复合材料的致密度低的问题；
2、本实施例制备的金刚石/铝复合材料的密度为3.25g/cm3，热导率为680W/m·K，在20～100℃下热膨胀系数为8.5～9.5 10-6/℃，三点弯曲强度为236MPa；
3、通过本实施方式特有的提拉方式浸渗和坩埚外冷却方式，并且采用近净成型模具进行成型，浸渗后直接从坩埚中取出模具，成型模具不会附着多余的铝金属溶液从坩埚内带出，即节省了铝金属节约了成本，又减少了因为去除模具上粘有的铝金属造成的多余工序，气压浸渗炉内可以设置多个提拉杆，当一个成型模具浸渗结束后提拉起来并将移动到别处后，便可以操作另一个提拉杆进行浸渗，形成连续浸渗，提高了生产效率，间接降低了制备成本；
图2为实施例3制备的金刚石/铝复合材料的100倍光学照片。从图中可以看出，金刚石粉末均匀分布在铝基体中，界面结合良好，组织致密。
图3为实施例3带孔的金刚石/铝复合材料导热构件；从图中可以看出，本实施例可以获得优异的浸渗效果和近净成型，尤其是构件的垂直面结构的成形如凸台的浸渗制备，本实施例制备的带孔的金刚石/铝复合材料导热构件尺寸13×13mm，厚度1mm，凸台高度1mm，孔径1.8mm，尺寸精度可达到±0.05mm，表面粗糙度Ra＝0.8μm，平面度达到0.05/100。

Claims (10)

1.一种金刚石/铝复合材料，其特征在于：该复合材料由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中；
所述铝金属为纯铝或铝合金；
所述带有镀膜层的金刚石粉的镀膜层为一层或者两层以上；
所述镀膜层的材质为Ti、Cr、W、Mo或Zr；
所述金刚石/铝复合材料中金刚石粉的体积分数为61％～70％。
2.根据权利要求1所述的金刚石/铝复合材料，其特征在于：所述镀膜层的厚度为30～500nm。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石/铝复合材料，其特征在于：所述金刚石粉的粒径为10～300μm。
4.根据权利要求3所述的金刚石/铝复合材料，其特征在于：所述金刚石粉为单晶金刚石粉。
5.根据权利要求1、2或4所述的金刚石/铝复合材料，其特征在于：所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的混合物。
6.一种如权利要求1所述金刚石/铝复合材料的低成本制备方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：
一、近净成型模具准备
根据构件的图纸设计制备对应的具有模具浇口的近净成型模具；
二、金刚石粉的表面处理
在金刚石粉的表面进行镀膜处理得到带有镀膜层的金刚石粉；所述镀膜层的材质为Ti、Cr、W、Mo或Zr；
三、气压浸渗准备
将步骤二得到的带有镀膜层的金刚石粉装入步骤一中的近净成型模具内，将成型模具放入气压浸渗炉内，并将成型模具吊装在气压浸渗炉内上部的提拉杆下端，将盛有铝金属的坩埚置于炉内成型模具下方；
四、气压浸渗
将气压浸渗炉内的温度提高至高于铝金属的熔点10～300℃，铝金属熔化后保温30～400min，然后降低提拉杆至成型模具全部浸入熔化的铝金属内部，以2MPa/min的加压速率向气压浸渗炉内充入气体将气压浸渗炉内的压力升高至0.1～10MPa，保压0～30min后，提升提拉杆将成型模具从熔化的铝金属内取出，并在气压浸渗炉内盛有铝金属的坩埚上方保压凝固；所述气压浸渗炉内充入的气体为惰性气体；
五、脱模
炉温冷却至室温后，取出成型模具并脱模，即完成。
7.根据权利要求6所述的金刚石/铝复合材料的低成本制备方法，其特征在于：步骤一所述成型模具的材质为陶瓷、难熔金属或石墨。
8.根据权利要求7所述的金刚石/铝复合材料的低成本制备方法，其特征在于：所述难熔金属为钼合金或钨合金。
9.根据权利要求6或7所述的金刚石/铝复合材料的低成本制备方法，其特征在于：步骤二所述镀膜处理工艺为化学镀、化学气相沉积、溶胶凝胶或磁控溅射。
10.根据权利要求6、7或8所述的金刚石/铝复合材料的低成本制备方法，其特征在于：步骤四所述向气压浸渗炉内充入气体的压强为0.1～10MPa。
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