[發(fā)明專利]一種雙鍍層金剛石粉末的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611195460.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN106756906B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何新波;潘彥鵬;任淑彬;吳茂;張忍;曲選輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C18/40
• 分類號(hào): C23C18/40;C23C18/18;C23C28/00;B22F1/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙鍍層金剛石粉末的制備方法，采用鹽浴鍍覆技術(shù)在金剛石表面鍍覆一層均勻的WC用來改善金剛石與銅的潤濕性，然后采用化學(xué)鍍覆方法持續(xù)在WC層表面鍍銅，通過控制鍍液中Cu²⁺含量來控制鍍銅層厚度，從而制備出含銅體積分?jǐn)?shù)為30～50vol.％的雙鍍層Cu?WC?Diamond粉末。該粉末可直接壓制成形(Diamond/Cu)復(fù)合材料零部件，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀金屬基復(fù)合材料零部件的近凈成形。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可通過控制鍍銅層厚度制備Cu?WC?Diamond粉末，而制備的Cu?WC?Diamond粉末的鍍銅量即為壓制該粉末成形后的Diamond/Cu復(fù)合材料的含銅量，因此制備的復(fù)合材料金剛石分布均勻，結(jié)合強(qiáng)度高，性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種雙鍍層Cu-WC-Diamond(金剛石)粉末的制備方法，該粉末可直接壓制成形高體分(Diamond/Cu)復(fù)合材料零部件，省去了傳統(tǒng)粉末冶金法制備復(fù)合材料的混粉步驟，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀金屬基復(fù)合材料零部件的近凈成形。

背景技術(shù)

隨著電子信息化時(shí)代的迅速發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代電子元器件集成和運(yùn)行速度的要求越來越高，元器件在高頻工作下產(chǎn)生極大熱量，過高的溫度會(huì)降低器件的穩(wěn)定性及使用壽命，因此新一代電子封裝散熱材料的研制成為勢(shì)在必行的趨勢(shì)。高體分Diamond/Cu復(fù)合材料因其具有優(yōu)異的熱物理綜合性能，特別是較高的熱導(dǎo)率(≥400W·m^-1·K^-1)、與半導(dǎo)體材料Si基板匹配的熱膨脹系數(shù)，已成為最為理想的電子封裝材料之一，在國防、軍工和航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，近年來高性能Diamond/Cu復(fù)合材料一直是熱管理材料的研究前沿方向。目前，制備高體積分?jǐn)?shù)Diamond/Cu復(fù)合材料較成熟的方法主要有粉末冶金法和金剛石預(yù)成形坯—Cu液熔滲法。傳統(tǒng)的粉末冶金法采用簡單的混粉－壓形－燒結(jié)三步工藝，可以靈活地選擇基體合金成分和增強(qiáng)體的類型，性能的可設(shè)計(jì)范圍較大。但該方法生產(chǎn)Diamond/Cu最大體積分?jǐn)?shù)僅為55％左右，并且生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。金剛石預(yù)成形坯—Cu液熔滲法可以制備出高體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料，該方法首先是將一定比例的金剛石微粉和成形劑(如石蠟、水等)通過粉末冶金模壓技術(shù)制備出金剛石預(yù)成形坯，然后將成形劑脫除并進(jìn)行預(yù)燒結(jié)制備出具有一定孔隙度的金剛石骨架，最后通過壓力將Cu熔液滲入到金剛石骨架的孔隙中，從而制備出高體積分?jǐn)?shù)的Diamond/Cu復(fù)合材料。由于該方法采用粉末冶金模壓技術(shù)制備金剛石預(yù)成形坯，所以成形坯密度不均勻，零件的形狀復(fù)雜程度也受到很大的限制。同時(shí)，由于金剛石和Cu之間不濕潤，即使采用各種形式的加壓滲透技術(shù)也很難達(dá)到完全滲透，往往留下一定量的氣孔，這對(duì)于電子封裝材料是致命的弱點(diǎn)。預(yù)制坯即使通過脫脂過程仍會(huì)有成形劑殘留在金剛石預(yù)成型坯中，降低材料的各項(xiàng)性能。此外，基體中高體積分?jǐn)?shù)的Diamond/Cu復(fù)合材料的機(jī)加工極其困難，成為該材料實(shí)際應(yīng)用的瓶頸。考慮到以上兩種傳統(tǒng)方法的局限性，本發(fā)明研制了一種可通過不添加銅粉而直接壓制成形的雙鍍層Cu-WC-Diamond粉末，由于金剛石粉末顆粒表面均勻鍍覆的銅層取代了銅粉使得直接壓制成形的Diamond/Cu復(fù)合材料中金剛石顆粒分布的均勻性趨于完美，可以制備傳統(tǒng)粉末冶金法制備不了的高體分(>60vol％)Diamond/Cu復(fù)合材料。同時(shí)，由于金剛石粉表面的鍍銅層具有良好的壓制性能，無需添加成形劑即可壓制致密，與熔滲法相比不僅精簡了預(yù)成形坯的制備步驟而且避免了成形劑等殘留雜質(zhì)對(duì)Diamond/Cu復(fù)合材料性能的影響。此外，由于該雙鍍層Cu-WC-Diamond粉末具有優(yōu)異的成形性，因此對(duì)于近凈成形Diamond/Cu復(fù)合材料具有重要的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種雙鍍層Cu-WC-Diamond粉末的制備方法，采用該雙鍍層粉末可以不添加銅粉而直接冷壓壓制成形具有高體積分?jǐn)?shù)的金剛石顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，能夠低成本直接制備出具有最終形狀和較高尺寸精度的高性能Diamond/Cu復(fù)合材料零件。