[發明專利]高導熱含硼金剛石/銅復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910722881.0
• 申請日: 2019-08-06
• 公開（公告）號: CN110438382A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 余威;栗正新
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種通過簡易的步驟有效的制備高導熱率含硼金剛石/銅復合材料的制備方法。將體積分數為70~90%硼摻雜量為0.1%~10wt%的硼摻雜金剛石粉末、和體積分數為10~30%銅粉在超高壓高溫下真空燒結，使銅粉融浸并填充到上述硼摻雜金剛石粉末顆粒間隙，由此獲得具有與半導體材料相匹配的熱膨脹系數和優良導熱性的硼摻雜金剛石燒結體。

技術領域

本發明涉及通過簡易的步驟有效的制備高導熱率含硼金剛石/銅復合材料,屬于復合材料制造領域。

背景技術

隨著電子產品的不斷小型化以及高集成高功率發展，大功率器件運行過程中熱損傷導致器件無法正常工作比例逐漸上升。傳統的以Al/SiC、Cu/SiC為代表的第二代電子封裝材料都不能滿足這些高功率器件的散熱要求。因此具有導熱性高、結合性好、熱膨脹系數匹配于電子器件的熱沉材料受到了廣泛地關注，金剛石增強金屬基導熱復合材料成為了新的研究熱點。金剛石粉體熱導率高達2200W/(m·K)，將其與高導熱的金屬復合制備成的新型復合電子封裝材料不僅表現出優異的熱傳導性能，而且具有與Si、GaAs等半導體材料完全匹配的熱膨脹系數，同時具有足夠的強度和剛度，是極具潛力的、理想的新型一代電子封裝材料。由于金剛石本身的結構穩定性和化學惰性的限制，它與金屬基體之間很難發生反應，界面之間存在著浸潤性差的問題。在制備金剛石-金屬基復合材料的過程中，通常采用在金剛石表面鍍金屬層，或者沉積金屬薄膜，或者在壓制過程中加入強碳化元素(如B、W、Cr、Ti、Mo等)來提高界面結合強度，減少界面缺陷，從而提高界面熱導。但是，制備過程中常存在著粉體表面鍍覆不均勻，界面結合差，制備工藝復雜，得到的復合材料性能不穩定、結合力差等缺點。

近年來，在金剛石中摻雜硼的含硼金剛石，既不失去金剛石本身所具有的硬度、耐磨性、化學穩定性等優異特性，還具有高導熱性，進一步能改善金剛石的熱穩定性。

發明內容

發明要解決的技術問題

如上所述，現有技術很難簡易的獲得界面缺陷少、結合力強、結構致密、高導熱的金剛石/銅復合材料。

鑒于上述缺點，及含硼金剛石的優越性，本發明的目的在于提供一種簡易步驟，有效的制備高導熱含硼金剛石/銅復合材料。

為了實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現，

本發明公開了一種高導熱含硼金剛石/銅復合材料的制備方法，包括如下步驟；1)高導熱含硼金剛石/銅復合材料的制備方法，其特征在于，將體積分數為70～90％硼摻雜量為0.1％～10wt％的硼摻雜金剛石粉末、和體積分數為10～30％銅粉在超高壓高溫下燒結，使銅粉融浸并填充到上述硼摻雜金剛石粉末顆粒間隙。

2)高導熱含硼金剛石/銅復合材料的制備方法，其特征在于將體積分數為70～90％硼摻雜量為0.1％～10wt％的硼摻雜金剛石粉末、和體積分數為10～30％銅粉，將該原料粉末混勻后裝入到高壓高溫裝置中，在該高溫高壓裝置內、在4～5GPa的加壓條件下加熱至1000～1300℃的溫度，使上述結合相成分熔融，融浸并填充到上述硼摻雜金剛石粉末顆粒間隙。

3)高導熱含硼金剛石/銅復合材料的制備方法，其特征在于，將體積分數為60～80％的金剛石粉末、體積分數為1～10％的硼粉末、體積分數10～30％的銅粉末，將所得的原料粉末裝入到超高壓高溫裝置中，在該超高壓高溫發生裝置中，第一階段是在6～7GPa的加壓條件下加熱至1400～1700℃的溫度，向金剛石中進行硼的擴散，之后第二階段是在4～5GPa的加壓條件下加熱至1000～1300℃的溫度，使上述結合相成分熔融，使熔融的結合相成分融浸并填充到擴散有硼的金剛石粉末顆粒間隙。

以下更具體的說明本發明。

首先，對于第一方案的硼摻雜金剛石粉末及其制備方法的說明。

1)硼摻雜金剛石粉末