[發明專利]一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201610162488.7
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105695831B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 馬莉;魏秋平;周科朝;余志明;李志友;張龍;葉文濤
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00;C23C16/27;C22C1/10;C22C1/05;C08G8/10;C08K9/02;C08K3/04;C08L63/00;C08L61/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

1.一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料，其特征在于，所述復合材料由連續的金剛石增強體與基體材料組成，其中連續金剛石增強體由金剛石顆粒預制體通過CVD方法沉積金剛石膜或金剛石復合膜組成，金剛石復合膜為石墨烯包覆金剛石膜、碳納米管包覆金剛石膜，基體材料為金屬或聚合物；

金剛石膜和金剛石復合膜CVD沉積參數為：

金剛石CVD沉積參數為：含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比為0.5-10％；生長溫度為600-1000℃，生長氣壓10³-10⁴Pa；

通過對CVD沉積爐內施加等離子和磁場誘導，并實時調節碳氣流量、生長溫度、生長氣壓，實現石墨烯/金剛石、碳納米管/金剛石的CVD沉積，沉積參數為：

石墨烯CVD沉積參數為：含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比為0.5-80％；生長溫度為400-1200℃，生長氣壓5-10⁵Pa；等離子電流密度0-50mA/cm²；沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉；

碳納米管CVD沉積參數為：含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比為5-50％；生長溫度為400-1300℃，生長氣壓10³-10⁵Pa；等離子電流密度0-30mA/cm²；沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉。

2.根據權利要求1所述的一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料，其特征在于，所述連續金剛石增強體是將金剛石顆粒排列構成金剛石預制體，然后，采用CVD法在構成金剛石預制體的金剛石顆粒表面沉積金剛石膜或金剛石復合膜而得到。

3.根據權利要求2所述的一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料，其特征在于，金剛石預制體中，金剛石顆粒的排列方式包括片狀排布、塊狀排布或網絡排布；所述片狀排布是將金剛石顆粒分布在板狀襯底表面，所述網絡排布是將金剛石顆粒粘附在二維網絡襯底或三維網絡襯底上。

4.根據權利要求3所述的一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料，其特征在于，網絡排布的金剛石預制體，是將金剛石顆粒、二維網絡襯底或三維網絡襯底、溶劑混合，加熱至沸騰，然后，置于超聲波中震蕩、分散均勻后，取出二維網絡襯底或三維網絡襯底烘干，得到二維網絡襯底或三維網絡襯底表面均勻粘附金剛石顆粒的網絡排布金剛石預制體；

塊狀排布的金剛石預制體是將金剛石顆粒與萘粉混合，加入聚乙烯醇作為粘結劑進行混合造粒，再模壓成一定厚度坯體，將坯體干燥至萘及聚乙烯醇揮發，得到塊狀排布金剛石預制體。

5.根據權利要求4所述的一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料，其特征在于，二維網絡襯底材料選自銅網板、鎢網板、鉬網板、鉻網板、鈦網板、鎳網板、鈷網板、鐵鎳網板、鋁網板中的一種；三維網絡襯底材料選自泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鈦、泡沫鈷、泡沫鎢、泡沫鉬、泡沫鉻、泡沫鐵鎳、泡沫鋁中的一種；塊狀排布金剛石預制體中金剛石顆粒體積百分含量為50-95％、萘粉體積百分含量為5-50％。

6.根據權利要求1-5任意一項所述的一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料，其特征在于，所述金剛石顆粒尺寸為0.5-500μm。

7.根據權利要求6所述的一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料，其特征在于，在預制體表面采用CVD方法沉積一層金剛石膜或金剛石復合膜，得到連續金剛石增強體，金剛石膜或金剛石復合膜厚度為0.01-2mm；所述CVD方法選自熱絲輔助法、微波等離子增強法、火焰燃燒法、直流放電法、直流等離子體噴射法、低壓射頻法、常壓射頻法、電子回旋共振法至的一種。

8.根據權利要求7所述的一種超高導熱連續金剛石骨架增強復合材料，其特征在于，所述基體材料為金屬時，基體材料選自金屬銅、鋁、銅基合金、鋁基合金中的一種；所述銅基合金或鋁基合金中，銅、鋁的質量百分含量大于等于50％；所述基體材料為聚合物時，聚合物基體為熱塑性聚合物或熱固性聚合物；所述熱塑性聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙二醇酯、聚對苯二甲酸、聚甲醛、聚酰胺、聚砜中的一種；所述熱固性聚合物選自環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、氨基樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機硅樹脂、硅橡膠、發泡聚苯乙烯、聚氨酯中的一種。