[發明專利]結合超聲電沉積制備高表面光潔度金剛石/銅復合材料的方法

有效

• 申請號: 202010701009.0
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111607716B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 武高輝;芶華松;林秀;陳國欽;王平平;修子揚;楊文澍;張強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱錦威科技有限公司
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C9/00;C22C26/00;C23C14/16;C23C14/35;B22D23/06;B22D23/04;B22C3/00;C25D5/20;C23C28/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

結合超聲電沉積制備高表面光潔度金剛石/銅復合材料的方法，涉及一種金剛石/銅復合材料的制備方法。目的是解決現有的高導熱金剛石銅復合材料表面光潔度低的問題。方法：準備模具，涂覆脫模劑并干燥；在模具型腔內表面沉積打底層，再鍍覆一層銅膜；將鍍覆金屬薄膜的單晶金剛石顆粒裝填于型腔內，進行浸滲。本發明最終所得金剛石/銅復合材料的表面光潔度顯著提高，制備工藝簡單，可重復性好，產品穩定，批次一致性好。所得產品能夠直接應用于大功率微波功放器件及大規模集成電路的熱沉、散熱片或外殼。本發明適用于高表面光潔度金剛石/銅復合材料的制備。

技術領域

本發明涉及一種金剛石/銅復合材料的制備方法。

背景技術

隨著高熱導率金屬基復合材料對尺寸精度和配合精度要求的提高，開發出具有高表面光潔度和高熱導率的金剛石銅復合材料的制備技術已迫在眉睫。目前金屬基復合材料如金剛石/銅復合材料等提高表面光潔度的方法主要依靠后期表面研磨實現，表面研磨容易引入雜質和切削應力，且所需勞動強度大。由于金剛石銅復合材料表面有金剛石，非常堅硬，研磨難度和成本非常高。

現有未經表面加工處理(制備態)的高導熱金剛石銅復合材料的表面粗糙度2～3.6微米，無法滿足激光通訊、電子封裝等技術領域對散熱材料高光潔度的需求。通過多次研磨的方法提高復合材料的表面光潔度，例如專利號為CN201611226063.4、名稱為《一種適用于金剛石/銅復合材料的表面加工方法》，該專利方法對研磨技術要求較高，消耗人力成本。

發明內容

本發明為了解決現有的高導熱金剛石銅復合材料表面光潔度低的問題，提出一種結合超聲電沉積制備高表面光潔度金剛石/銅復合材料的方法。

本發明結合超聲電沉積制備高表面光潔度金剛石/銅復合材料的方法按照以下步驟進行：

一、準備模具；模具的要求為：型腔內表面的粗糙度小于6.3微米，且熱導率大于90W/mK，且25℃～100℃溫度區間內平均熱膨脹系數低于6×10^-6/K；

二、在模具型腔內表面涂覆脫模劑并干燥；

三、采用磁控濺射方法在模具型腔內表面沉積0.8～1μm厚的銅膜作為打底層，再采用超聲電沉積方法在打底層表面鍍覆一層厚度為1～3mm、表面粗糙度低于1.5μm的銅膜；

四、將鍍覆金屬薄膜的單晶金剛石顆粒裝填于步驟三所得模具的型腔內，得到預制體；

五、將預制體放置于坩堝中，將塊狀的基體合金置于坩堝中預制體上部，將坩堝放置于氣壓浸滲爐中；

在保護氣氛下將模具預熱至800～1000℃，然后將塊狀的基體合金加熱至1100～1300℃并保溫1～2h，此時塊狀的基體合金融化；維持模具溫度為800～1000℃并將氣壓浸滲爐內氣壓提升至0.5～8MPa，保壓5～30min；

六、保壓階梯式冷卻，脫模后清洗掉表面BN顆粒，并進行研磨或者拋光，即獲得高表面光潔度金剛石銅復合材料。

本發明原理及有益效果為：

1、本發明對高導熱金剛石/銅復合材料的氣壓浸滲制備方法進行改進，提供一種高表面光潔度高導熱金剛石/銅復合材料的制備方法，適用于高體積分數金屬基復合材料的制備。解決現有制備技術中金屬基復合材料表面光潔度差的問題。本發明制備工藝簡單，可重復性好，產品穩定，批次一致性好。所得產品能夠直接應用于大功率微波功放器件及大規模集成電路的熱沉、散熱片或外殼，尤其適用于帶凸起或臺階的高導熱金剛石銅復合材料熱沉零部件的制備。

2、本發明方法制備的金剛石/銅復合材料中增強體的體積分數60～80％，熱導率750～870W/(mK)，熱擴散系數320～367mm²/s，表面為130mm×130mm的復合材料樣件的表面粗糙度達到0.05～0.1μm，光潔度提高。