[發(fā)明專利]高導(dǎo)熱金剛石顆粒混雜增強石墨鋁復(fù)合材料及其制備工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310313695.4
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103343274A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周聰;陳哲;王浩偉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00;C22C21/00;C22C1/10
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種高導(dǎo)熱金剛石顆粒混雜增強石墨鋁復(fù)合材料及其制備工藝。

背景技術(shù)

隨著電子設(shè)備熱功率密度的不斷增加，功率器件的熱管理對散熱材料提出了新的要求。對于高功率器件，傳統(tǒng)的熱沉材料已經(jīng)不能滿足要求。近年來發(fā)展起來石墨鋁基復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱、低膨脹、低密度的特點，在高性能熱管理材料中展示了巨大的優(yōu)勢。

片狀石墨由于具有高的熱導(dǎo)率和較低的價格，成為制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料的理想原料。粉末冶金法和液相壓力浸滲是制備石墨鋁基復(fù)合材料的常用方法。德國弗勞恩霍夫研究所的Thomas?Hutsch等人在文獻(xiàn)“Innovative?Metal-Graphite?Composites?as?Thermally?Conducting?Materials.Proceedings?of?the?Powder?Metallury?World?Congress?&?Exibition.PM2010，F(xiàn)lorence，Italy?10-14.October?2010，vol.5，pp.361-368”中介紹了采用粉末冶金SPS放電燒結(jié)制備石墨-金屬復(fù)合材料，其中50％石墨體積分?jǐn)?shù)的石墨增強AlSi25Cu4.5Mg1復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為300W/mk，但該方法的缺點是所制備的復(fù)合材料致密度低。低的致密度不僅使高導(dǎo)熱性能未充分發(fā)揮，也降低了材料的機(jī)械性能。西班牙阿里坎特大學(xué)的R.Prieto等人在文獻(xiàn)“Thermal?conductivity?of?graphite?flakes-SiC?particles/metal?composites.Composite：Part?A，vol.42，2011，pp.1970-1977.”中介紹了氣壓浸滲制備了碳化硅顆粒混雜增強的石墨鋁復(fù)合材料。該方法制備的石墨鋁復(fù)合材料在片狀石墨體積分?jǐn)?shù)高達(dá)90％的情況下，導(dǎo)熱率只有368W/mk，碳化硅的加入限制了復(fù)合材料熱導(dǎo)率的提高。這是因為在氣壓浸滲過程中，碳化硅和鋁液在高溫條件下長時間接觸，碳化鋁與鋁容易發(fā)生界面反應(yīng)，在碳化硅顆粒表面生成碳化鋁，從而降低了碳化硅/鋁基體的熱導(dǎo)率，從而降低了復(fù)合材料整體的導(dǎo)熱性能。為了滿足石墨鋁復(fù)合材料在散熱領(lǐng)域的應(yīng)用要求，如何充分發(fā)揮復(fù)合材料的高導(dǎo)熱性能，同時獲得較高的機(jī)械性能成為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有石墨鋁復(fù)合材料致密度不高和存在界面反應(yīng)降低導(dǎo)熱性能未充分發(fā)揮的問題，以獲得綜合性能優(yōu)良的高導(dǎo)熱金剛石顆粒混雜增強石墨鋁復(fù)合材料及其制備工藝。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種高導(dǎo)熱金剛石顆粒混雜增強石墨鋁復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料由金剛石、片狀石墨和鋁或鋁合金組成，所述的金剛石的體積分?jǐn)?shù)為21％～41％，片狀石墨的體積分?jǐn)?shù)為32～65％，其余為鋁或鋁合金。

所述的鋁合金包括AlSi₇Mg_0.3、AlSi₁₂。

一種高導(dǎo)熱金剛石顆粒混雜增強石墨鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)將金剛石顆粒和片狀石墨混合均勻得到混合粉末；

(2)在混合粉末中加入聚乙烯醇溶液(PVA)攪拌，壓制預(yù)制塊；

(3)預(yù)制塊在模具中預(yù)熱和排膠；

(4)鋁或鋁合金在坩堝中加熱熔化至700-900℃，然后將鋁或鋁合金熔體澆注到模具內(nèi)；

(5)采用液壓機(jī)施加軸向壓力，迫使鋁或鋁合金熔體浸滲進(jìn)入預(yù)制塊中的孔隙；

(6)冷卻脫模，取出復(fù)合材料。

步驟(1)中所述金剛石顆粒的直徑為1～80微米，片狀石墨的直徑為10～600微米。

步驟(2)中所述聚乙烯醇溶液的加入量為混合粉末的3wt％，攪拌時間為1小時。

步驟(3)中所述預(yù)熱溫度為500℃，保溫1h。

步驟(5)中所述軸向壓力為50～100MPa，保持壓力15秒。