[發明專利]一種高導熱金剛石增強金屬基復合材料的低成本制備方法

有效

• 申請號: 202110161418.0
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112981205B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 孫凱;陳國欽;楊文澍;張強;修子揚;周暢;武高輝;芶華松;姜龍濤;康鵬超;喬菁
• 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;B22D23/04
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種高導熱金剛石增強金屬基復合材料的低成本制備方法，涉及一種金屬基復合材料及其制備方法。目的是解決金剛石增強金屬基復合材料熱導率低的問題。方法：將金剛石與硅油混合進行球磨，將球磨后的混合粉末置于石墨模具中進行高溫燒結，隨后冷卻到室溫得到金剛石預制體，將金剛石預制體帶模具預熱并置于壓力機臺面上，將熔融態的金屬基體倒入模具內進行壓力浸滲。本發明利用高溫硅油分解將金剛石粉末顆粒連接到一起形成連續的三維連通網絡狀的導熱通路，提升了所制備的復合材料的導熱性能。工藝方法簡單、易操作、低成本，并且能夠實現大體積的金剛石預制體或復合材料的制備，滿足產業化生產及應用。本發明適用于制備金剛石增強金屬基復合材料。

技術領域

本發明涉及一種金屬基復合材料及其制備方法。

背景技術

航天電子功率器件向小型化、輕量化、高功率密度方向發展，散熱問題已經成為制約電子設備可靠性和效率的關鍵。例如，星外大熱耗載荷設備星載有源相控陣天線中，收發功率器件的高度集成使熱流密度極其集中，天線的散熱問題非常突出，現有的以鋁合金為主的散熱結構無法滿足設備的散熱需求。

傳統的Invar、Kovar合金及W-Cu、Mo-Cu等材料，存在熱導率低、密度高的缺點；20世紀后期金屬基復合材料逐漸在電子封裝和熱控器件上應用，典型代表為SiCp/Al復合材料，與傳統材料相比，熱導率提高2～10倍，密度降低超過60％，而且其可調節的熱膨脹系數可以滿足各種各樣的性能和設計要求，然而，其熱導率(低于250W/(m·K))已經難以滿足日益增長的散熱需求。因而，開發輕質、超高導熱、低熱膨脹系數的熱管理材料成為當務之急。

人造金剛石單晶顆粒具有高熱導率(最高達2000W/(m·K))，低密度特性，使其成為輕質、高導熱金屬基復合材料的理想增強體。傳統的金剛石增強金屬材料由于金剛石顆粒之間不連續導致金剛石增強金屬基復合材料中的導熱通路中斷，復合材料的熱導率下降。因此構建三維連通的金剛石網絡可以獲得連續的導熱通路，獲得高導熱的金剛石增強金屬基復合材料。將金剛石粉末制成預坯體，再通過化學氣相沉積技術在金剛石預坯體表面沉積金剛石膜，金剛石膜將相鄰金剛石顆粒連接，使孤立的金剛石顆粒之間形成連續導熱通道，從而使復合材料充分利用金剛石的高導熱性能，極大提高復合材料的熱導率，但是該種方法利用的化學氣相沉積設備復雜，操作復雜，成本高，同時無法大批量得到金剛石骨架，因此急需一種低成本的得到大量三維金剛石網絡的方法。

發明內容

本發明為了解決現有金剛石增強金屬基復合材料中金剛石不連續從而導致復合材料熱導率低的問題，提出了一種高導熱金剛石增強金屬基復合材料的低成本制備方法。

本發明高導熱金剛石增強金屬基復合材料的低成本制備方法按照以下步驟進行：

一、稱料：按體積分數稱取50％～95％的金剛石粉和5％～50％的金屬基體；

二、金剛石預制體的制備：

將金剛石與硅油混合進行球磨，將球磨后的混合粉末置于石墨模具中，進行高溫燒結，隨后冷卻到室溫，得到金剛石預制體；

所述硅油質量為金剛石質量的5％～50％；

三、預熱和熔融態金屬基體制備：

將步驟二得到的金剛石預制體帶模具移至加熱爐中進行預熱，得到預熱的金剛石預制體；在保護氣氛下，將步驟一稱取的金屬基體加熱，得到熔融態的金屬基體；

四、液態金屬浸滲：

在保護氣氛下，將步驟三中所得的預熱的金剛石預制體帶模具置于壓力機臺面上，將熔融態的金屬基體倒入模具內金剛石預制體的上面，進行壓力浸滲；

所述壓力浸滲工藝為：壓力為100～150MPa，浸滲的速度為1～3mm/s，熔融態的金屬完全浸到金剛石預制體中之后，冷卻至室溫，最后脫模。

本發明具備以下有益效果：