[發明專利]一種金剛石復合體及其制備方法

有效

• 申請號: 201310077506.8
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN104045081A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 江南;白華;戴丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C01B31/06
• 分類號: C01B31/06;B32B9/04;B32B15/04;B32B15/20
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 祝蓮君;雷芳

技術領域

本發明屬于金剛石復合材料領域。具體地，本發明涉及一種金剛石復合體及其制備方法。

背景技術

在電子工業領域，隨著電子工業的飛速發展，電子封裝、組裝的高密度、高速度化，集成電路對封裝材料的性能提出了更為嚴格的要求。目前，各種新型封裝材料己成為各國競相研發的熱點。新型微電子封裝材料不僅要有高的熱導率，而且還必須具有與半導體材料相匹配的熱膨脹系數。

目前高導熱材料中，高品質單晶金剛石的熱導率可達到2000W/(m·K)，但是在室溫下金剛石是絕緣體，介電常數低、熱膨脹系數低。銅的熱導率(TC)為400W/(m·K)為，熱膨脹系數(CTE)為17×10^-6K。目前，較理想的是將金剛石與銅復合形成金剛石-銅復合材料，通過調節金剛石體積分數實現高熱導和熱膨脹系數可控制的目的，完全滿足熱管理材料的要求。

然而金剛石-銅復合材料的制備難點在于：金剛石與銅的潤濕性極差。除了采用高溫高壓，兩者之間難以直接燒結出致密的復合材料。為了增加金剛石顆粒與銅的界面結合性，通常通過在金剛石顆粒表面鍍銅或磁控濺射或化學氣相沉積金屬碳化物薄膜方式來完成。此種工藝存在著產品界面結合強度低、工藝成本高等缺點。

在機械加工領域，現有的金剛石復合材料刀具由于金剛石與金屬間結合強度差的問題，導致其壽命低，切割效率低下。為提高金剛石復合材料刀具的壽命，采用金剛石表面改性方法提高金剛石表面與金屬間的浸潤性和結合強度成為比較合理的方法。目前通常采用磁控濺射方法在金剛石表面沉積金屬層或碳化物層來提高金剛石與金屬間的結合力。然而該方法設備成本高，效率低下，且鍍覆表面均勻性難以控制。

綜上所述，本領域急需開發一種具有優異的界面強度和導熱性能的金剛石金屬復合材料。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種具有優異的界面強度和導熱性能的金剛石金屬復合材料。

本發明的另一目的是提供一種高效、簡便、低成本的上述復合材料的制備方法。

本發明的第一方面，提供了一種金剛石復合體，所述的復合體包含金剛石和碳化鎢層，其中，所述的碳化鎢層結合在金剛石表面。

在另一優選例中，所述的金剛石復合體通過以下所述的制備方法制得：

(1)提供一種混合漿料，所述的混合漿料包含組分：

(i)金剛石，

(ii)鎢和銅、或者鎢銅合金，和

(iii)有機溶劑；以及

(2)在真空下或在氫氣、氬氣、或其組合氣體的氣氛中，將步驟(1)的混合漿料進行加熱反應，從而得到包含金剛石、碳化鎢層和鎢銅合金層的金剛石復合體。

(3)將步驟(2)制得的金剛石復合體在酸中進行腐蝕處理，從而得到第一方面所述的金剛石復合體。

在另一優選例中，所述的酸選自下組：鹽酸、硫酸、硝酸、或組合。

本發明第二方面提供了一種金剛石復合體，所述的復合體包含金剛石、碳化鎢層和鎢銅合金層，其中，所述的碳化鎢層結合在金剛石表面，所述的鎢銅合金層結合在碳化鎢層的表面。

在另一優選例中，所述的金剛石復合體通過以下所述的制備方法制得：

(1)提供一種混合漿料，所述的混合漿料包含組分：

(i)金剛石，

(ii)鎢和銅，或者鎢銅合金，和

(iii)有機溶劑；以及

(2)在真空下或在氫氣、氬氣、或其組合氣體的氣氛中，將步驟(1)的混合漿料進行加熱反應，從而得到第二方面所述的金剛石復合體。

在另一優選例中，所述的鎢銅合金層位于碳化鎢層沒有與金剛石表面結合的表面。

在另一優選例中，所述的碳化鎢層和鎢銅合金層是同時在金剛石表面原位生成的。

在另一優選例中，所述的碳化鎢層厚度為1–1000000nm(較佳地為10–500000nm)。

在另一優選例中，所述的鎢銅合金層厚度為1–1000000nm(較佳地為10–500000nm)。

在另一優選例中，所述金剛石的粒徑為0.1μm～10000μm(較佳地為10μm～1000μm；更佳地為20μm～1000μm)。

在另一優選例中，所述的金剛石為天然的，或經高溫高壓或化學氣相沉積處理的金剛石。

在另一優選例中，所述的金剛石為粉體、顆粒、塊體或薄膜。

本發明第三方面提供了一種金剛石三元復合體的制備方法，包括步驟：

(1)提供一種混合漿料，所述的混合漿料包含組分：

(i)金剛石，