[發(fā)明專利]一種一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010070051.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN111269030B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張樂(lè);馬躍龍;孫炳恒;康健;邵岑;陳東順;周天元;黃國(guó)燦;李明;陳浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 徐州凹凸光電科技有限公司
• 主分類號(hào): C04B41/89
• 分類號(hào): C04B41/89;H01L33/64;H01S5/024;F21V29/85;F21V29/89;B22F7/08;B22F3/105
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

本發(fā)明公開了一種一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，制備方法包括：通過(guò)將發(fā)光體陶瓷包埋入金屬粉末并整體置于模具中，結(jié)合燒結(jié)金屬外層的工藝與機(jī)械加工技術(shù)制得該一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料，并將該一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料應(yīng)用在高功率LED/LD照明中。利用金屬外層高的熱導(dǎo)率、良好的機(jī)械加工性能，提高發(fā)光體陶瓷的散熱及結(jié)構(gòu)封裝性能，制備的一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)接近于外層金屬材料并兼具金屬材料的機(jī)械可加工性能。該方法能有效解決發(fā)光體陶瓷材料難以進(jìn)行機(jī)械加工的難題，同時(shí)提升了在高功率下陶瓷的散熱能力和改善熱猝滅性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及照明材料領(lǐng)域，特別是涉及一種一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

用LED/LD作為激發(fā)源的固態(tài)光源，其顏色轉(zhuǎn)換過(guò)程大多是藍(lán)光激發(fā)黃色或者綠色熒光粉材料，產(chǎn)生的光與藍(lán)光激發(fā)混合后得到目標(biāo)顏色的光。即短波波長(zhǎng)的激發(fā)光源激發(fā)熒光發(fā)光體(吸收高能光子發(fā)射低能光子的材料)發(fā)生波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換得到長(zhǎng)波長(zhǎng)的相應(yīng)色光，但是，發(fā)生光子轉(zhuǎn)換的同時(shí)一部分能量也被轉(zhuǎn)化成熱量釋放出來(lái)。隨著LED/LD激發(fā)光光功率的提升，得到轉(zhuǎn)換后的色光光通量不但增加，同時(shí)伴隨的熱量也不斷增大，大量熱量的積累使得熒光發(fā)光體的溫度不斷升高，造成熒光發(fā)光體的溫度急劇升高從而產(chǎn)生發(fā)光熱猝滅和熱離子化。使能量轉(zhuǎn)換效率急劇下降，影響了熒光材料的量子轉(zhuǎn)換效率及發(fā)光品質(zhì)，阻礙了大功率、高亮度白光LED的實(shí)現(xiàn)。

近年來(lái)，金屬/陶瓷復(fù)合材料取得了快速的發(fā)展，它具有陶瓷材料的堅(jiān)硬、耐磨、耐腐蝕之特性，又比普通陶瓷的延展性能好，更易進(jìn)行機(jī)械加工。并且，金屬/陶瓷復(fù)合材料熱穩(wěn)定性能優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)小。它可以在機(jī)械、建筑、化工等領(lǐng)域替代特殊金屬材料，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

CN108941517A公開了一種金屬陶瓷復(fù)合材料，包括金屬材料及陶瓷材料，金屬材料的體積分?jǐn)?shù)為30％～40％，陶瓷材料的體積分?jǐn)?shù)為60％～70％，陶瓷材料為ZrO₂，金屬材料在液體狀態(tài)下填充陶瓷材料顆粒之間的間隙形成金屬陶瓷復(fù)合材料。該發(fā)明制作的金屬陶瓷復(fù)合材料利用高溫金屬液在重力及真空抽吸力的作用下對(duì)高溫陶瓷顆粒之間的空隙進(jìn)行了有效的填充，完成了金屬與陶瓷的牢固結(jié)合，形成了在三維空間體內(nèi)各自獨(dú)立存在而又相互連接的復(fù)合材料。CN105750547A公開了一種形貌和性能可控的多孔金屬/陶瓷復(fù)合材料的制備方法，主要將金屬材料和陶瓷粉體、分散劑混合均勻加入到溶劑中，通過(guò)球磨使之均勻分散，得混合漿料；將所述混合漿料經(jīng)澆注成型、于-200～0℃低溫凍結(jié)，然后在真空環(huán)境中干燥成型，得多孔陶瓷素坯；將多孔陶瓷素坯在真空或者惰性氣氛環(huán)境中1350℃～1850℃下鍛燒1～3h，得到多孔金屬/陶瓷復(fù)合材料。以上方法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件都有較高要求，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料的制備方法，步驟簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料的制備方法，該復(fù)合材料包括金屬外層和發(fā)光體陶瓷內(nèi)層，金屬和發(fā)光陶瓷一體式成型；在預(yù)制模具中，金屬粉末包埋涂有潤(rùn)濕性涂層的發(fā)光體陶瓷；通過(guò)燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)；將燒結(jié)后的金屬/陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行加工，得到該一體式高功率LED/LD照明用金屬/陶瓷復(fù)合材料。

具體包括以下步驟：

(1)將發(fā)光體陶瓷加工成滿足發(fā)光及粗糙度要求的變形尺寸；

(2)在步驟(1)加工好的發(fā)光體陶瓷表面涂覆潤(rùn)濕性涂層；

(3)將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理后發(fā)光體陶瓷放入預(yù)制模具中，用金屬粉末進(jìn)行包埋處理，得到一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料坯體；

(4)將含有坯體的模具放入放電等離子體燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700℃～1100℃，保溫時(shí)間為5～10分鐘，單軸壓力為30～60MPa；

(5)將步驟(4)燒結(jié)后的金屬/陶瓷樣品進(jìn)行機(jī)械加工，得到一體式金屬/陶瓷復(fù)合材料。