[發明專利]一種金剛石/鋁復合材料及其低成本制備方法

有效

• 申請號: 201711050291.5
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107760951B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 武高輝;丁偉;張強;茍華松;陳國欽;修子揚;姜龍濤;康鵬超;楊文澍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00;C22C1/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

一種金剛石/鋁復合材料及其低成本制備方法，涉及一種金剛石/鋁復合材料及其制備方法。本發明為了解決現有技術制備的金剛石/鋁復合材料的會產生有害界面反應物、熱導率低和制備成本高的問題。金剛石/鋁復合材料由鋁金屬和帶有鍍膜層的金剛石粉組成，鋁金屬填充在帶有鍍膜層的金剛石粉的間隙中。制備：一、近凈成型模具準備；二、金剛石粉的表面鍍膜處理；三、氣壓浸滲準備；四、氣壓浸滲；五、脫模。本發明方法得到的金剛石/鋁復合材料的致密度達99.8％以上，制備方法節省了鋁金屬，提高了金剛石粉與鋁金屬的界面結合強度，解決了解決現有金剛石/鋁復合材料熱導率低的問題。本發明適用于制備金剛石/鋁復合材料。

技術領域

本發明涉及一種金剛石/鋁復合材料及其制備方法

背景技術

近幾年電子行業的迅猛發展使得電路的功耗越來越大，這嚴重提高了芯片等關鍵電子元器件的可靠性和壽命的要求。在電子通信領域，芯片的功耗幾乎以每年50％以上的速度進行增長。現有的用于導熱的電子封裝材料如鉬銅、鎢銅和碳化硅鋁等材料已經越來越難以滿足行業需求，甚至已經是制約行業發展的瓶頸問題。而金剛石/鋁復合材料的導熱性能是鉬或銅導熱率的2倍以上，并且具有適當的熱膨脹系數，開始越來越受到電子行業的關注。但是市場上幾乎沒有成熟的金剛石/鋁復合材料可供選擇，原因是高昂的價格高，因此開發一種低成本高生產效率的金剛石/鋁復合材料的制備方法是非常必要的；

金剛石/鋁復合材料的制備方法分為固態法和液態法，固態法包括放電等離子燒結和真空熱壓，液態法包括無壓浸滲、氣壓浸滲和擠壓鑄造；

氣壓浸滲技術(GPI)是制備金屬基復合材料的常用技術之一，特點是真空環境、氣體壓力浸滲、高于合金熔點的浸滲溫度和隨后的緩慢爐冷。優點是可實現壓力和溫度的連續變化，缺點是對設備要求高，生產效率低下，制備成本高。GPI可實現金剛石與液態鋁合金的充分接觸，有利于強化界面結合，制備的金剛石/鋁復合材料通常具有優異的性能。氣壓浸滲工藝參數對金剛石/鋁復合材料界面結構和熱導率的影響十分顯著。隨浸滲溫度提高和接觸時間增加，金剛石(111)晶面的反應被激活，而且(100)晶面和(111)晶面反應差異性逐漸降低，氣壓浸滲制備的復合材料的熱導率達670W/(m·K)。在此基礎上，提高浸滲溫度、壓力和接觸時間可以促進金剛石與鋁擴散反應的動力學，改變界面微觀結構，對復合材料的熱導率產生強烈影響。但是復合材料的熱導率并會不隨界面反應的增多而單調提高，熔融鋁與金剛石發生反應在界面處生成Al₄C₃，Al₄C₃在潮濕環境中會發生水解，進而導致金剛石鋁復合材料的熱導率和強度下降；并且氣壓浸滲制備技術難以實現連續生產，這導致很難降低其制備成本，制約了技術的應用。

發明內容

本發明為了解決現有技術制備的金剛石/鋁復合材料的會產生有害界面反應物、熱導率低和制備成本高的問題，提出一種金剛石/鋁復合材料及其低成本制備方法。

一種金剛石/鋁復合材料，由鋁金屬和帶有鍍膜層的金剛石粉組成，鋁金屬填充在帶有鍍膜層的金剛石粉的間隙中；

所述鋁金屬為純鋁或鋁合金；所述鋁合金為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合金中的一種或幾種的混合物；

所述帶有鍍膜層的單晶金剛石粉的鍍膜層為一層或者兩層以上；

所述鍍膜層的材質為Ti、Cr、W、Mo或Zr；

所述鍍膜層的厚度為30～500nm；

所述金剛石粉的粒徑為10～300μm；

所述金剛石/鋁復合材料中金剛石粉的體積分數為61％～70％；

所述金剛石粉為單晶金剛石粉；