一种高导热性能的金刚石/铜复合材料及其制备方法，属于金属材料领域。复合材料由铜或铜合金、金刚石颗粒、过渡层组成，其中铜或铜合金体积分数为38%-49%，金刚石颗粒与过渡层所占体积分数62%-51%，金刚石的粒径范围为80μm-130μm。制备工艺流程：金刚石的预处理、盐浴镀覆、预制坯的制备、无压熔渗制备复合材料。本发明专利技术的优点：可以直接近终成形制备出具有高体积分数高导热性能的金刚石/铜复合材料，并且复合材料的致密度高、组织分布均匀、界面厚度可控、导热率很高，该工艺设备简单、可操作性强、能耗成本低廉、可实现批量生产，具有高热导性能，可应用于热管理或电子封装领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料领域，涉及一种金刚石/铜复合材料，特别涉及一种高导热 性能的金刚石/铜复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着电子信息技术高速发展的今天，芯片的运算速度越来越快，电子器件中的芯 片集成度也越来越高，高功率集成电路的最高功率密度已经达到660W/cm 2,不久可达1000 W/cm2,快速微处理器及高功率半导体器件在应用中常常因为温度过高而无法正常工作，因 此高导热性能的电子封装材料的开发成为了限制电子信息技术发展的一大瓶颈。另外，电 子封装材料的热膨胀系数要求与半导体芯片保持匹配。金刚石具有优异的物理、化学性能， 其导热率与硬度都是是自然界已知天然存在的物质之最，热导率高达20001·!^ ?Γ1，硬度 高达lOOGPa，热膨胀系数为0. 8-1. ΟΧ ΙΟ?Γ1，随着人造金刚石工业的发展，使金刚石价格 成品大幅度下降，目前已接近难熔金属W、Mo的价格，性能也接近天然金刚石的性能。而作 为工程材料的铜有着优良的导热导电性能，其热导率在金属中仅次于银高达400W ?πΓ1 ?Γ1， 热膨胀系数为ΠΧΙΟ^ν1。因此金刚石/铜复合材料（DCC，Diamond-Copper Composites) 展现出优异的导热潜能，且通过控制复合材料中金刚石的体积分数来获得匹配的热膨胀系 数，其优异的潜能成为了新一代高导热电子封装材料的重点研究对象。目前制备金刚石/ 铜复合材料比较成熟的方法主要集中在高温高压法、压力浸渗法、热压烧结、放电等离子烧 结（SPS )法，但这些方法制备的复合材料形状简单，设备庞大，耗能成品高。
技术实现思路
本专利技术主要解决金刚石与铜润湿性差、结合强度不高、复合材料致密度与热导率 不够高、形状单一、生成成品高等问题，提供了一种生产成品较低能近终成型制备高导热性 能的金刚石/铜复合材料及其方法。 一种高导热性能的金刚石/铜复合材料，其特征在于：复合材料由铜或铜合金、金 刚石颗粒、过渡层组成，其过渡层内层为WC与W 2C相外层为W相的复合结构，改善了金刚石 与铜液之间的润湿性，提高了金刚石与铜之间的结合力，降低了金刚石与铜之间的界面热 阻起到了过渡桥梁作用，然后通过模压法制备改性处理后的金刚石预制坯，最后在氩气保 护气氛炉下铜液无压熔渗到多孔金刚石预制坯骨架中形成致密度高、热导率高的金刚石/ 铜复合材料。 本专利技术所述金刚石的粒度为80 μ m-130 μ m，金刚石与过渡层体积分数为 62%-51%，铜或铜合金体积分数为38%-49%。 本专利技术先对金刚石粉末预处理，再盐浴镀覆W表面改性，最后采用模压法近终成 型结合无压熔渗制备DCC复合材料。其特征具体工艺步骤为： 1) 金刚石表面预处理：将金刚石颗粒表面净化、除油、粗化处理； 2) 金刚石表面盐浴镀W :将预处理后的金刚石粉末与W粉按质量比1:5混合均匀，将 混合粉体置于氧化铝坩埚的底部并压实，然后在混合粉体上面盖上一层NaCl与KC1的混 合盐并压实，其NaCl与KC1的质量比为1:1，最后盖上盖子将坩埚置于箱式电阻炉中加热 1100°C -1200°C保温30-120min，其中升温速率为5°C /min，最后溶解基盐、分离出改性后的 金刚石颗粒。 3)金刚石预制坯的制备：将表面改性后的金刚石颗粒添加质量比为1-3%的 PVA (聚乙烯醇）粘结剂，充分混合均匀，粘结剂质量百分溶度为5-8%，在压片机上压成预制 坯，再在氩气保护气氛下脱水脱脂得到多孔金刚石预制坯，最后将适量的铜或铜合金块置 于预制坯上方一起放入氩气气氛炉子加热到1250°C -1450°C，保温60min-90min，其中升温 速率为5°C /min，随炉冷却，得到致密的金刚石/铜复合材料。其工艺流程如图1所示 本专利技术制备的DCC复合材料，与现有的工艺和电子封装材料相比优点有： 金刚石/铜复合材料结合了金刚石高的热导率、高硬度、低热膨胀系数以及铜的高导 热导电、良好的塑性等优点，使DCC复合材料在电子封装、热管理用领域有着巨大发展潜 力。 通过盐浴法对金刚石表面改性，使表面形成W2C、WC、W的过渡层，该过渡层既能改 善两相相容性提高结合力又能降低界面热阻，从而提高了复合材料的致密度和热导率。 采用盐浴法金刚石表面改性，再模压法近终成型结合无压熔渗制备复合材料的方 法，设备简单、可操作性强、后续加工少、耗能成本低、为批量工业化生产提高了可能。 【附图说明】 图1为本专利技术实施的工艺流程图。 【具体实施方式】 以下结合【附图说明】对本专利技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限 制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。 如图1所示，实施例1:1300°C下制备金刚石/铜复合材料。 1)将金刚石平均粒度为105 μ m的颗粒表面净化、除油预处理； 2)金刚石表面盐浴镀W:将预处理后的金刚石粉末与W粉按质量比1:5,加入适量的酒 精在混料机上均匀混合5h，将混合粉体置于氧化铝坩埚的底部并压实，然后在混合粉体上 面盖上一层NaCl与KC1的混合盐并压实，其NaCl与KC1的质量比为1:1，最后盖上盖子将 坩埚置于箱式电阻炉中加热1150°C保温120min，其中升温速率为5°C /min，最后溶解基盐、 分离出改性后的金刚石颗粒。金刚石表面钨镀层与钨的碳化物层厚度为3 μ m。 3)金刚石预制坯的制备：将表面改性后的金刚石颗粒添加质量比为1-3%的聚乙 烯醇（PVA)粘结剂，充分混合均匀，粘结剂质量百分溶度为5-8%，再将粉末放入模腔，在压 片机上压制压力6KN保压时间为2min压成预制坯，将预制坯置于干燥箱干燥5h，再在氩气 保护气氛炉下加热400°C保温30min脱水脱脂得到多孔金刚石预制坯，最后将适量的纯度 为99. 999%的铜块置于预制坯上方一起放入氩气气氛炉子加热到1300°C，保温60min，其中 升温速率为5°C /min，随炉冷却，得到致密的金刚石/铜复合材料。 实施例2:1400°C下制备金刚石/铜复合材料。 1)将金刚石平均粒度为105 μ m的颗粒表面净化、除油预处理； 2)金刚石表面盐浴镀W:将预处理后的金刚石粉末与W粉按质量比1:5,加入适量的酒 精在混料机上均匀混合5h，将混合粉体置于氧化铝坩埚的底部并压实，然后在混合粉体上 面盖上一层NaCl与KC1的混合盐并压实，其NaCl与KC1的质量比为1:1，最后盖上盖子将 坩埚置于箱式电阻炉中加热1150°C保温120min，其中升温速率为5°C /min，最后溶解基盐、 分离出改性后的金刚石颗粒。金刚石表面钨镀层与钨的碳化物层厚度为3 μ m。 3)金刚石预制坯的制备：将表面改性后的金刚石颗粒添加质量比为1-3%的聚乙 烯醇（PVA)粘结剂，充分混合均匀，粘结剂质量百分溶度为5-8%，再将粉末放入模腔，在压 片机上压制压力6KN保压时间为2min压成预制坯，将预制坯置于干燥箱干燥5h，再在氩气 保护气氛炉下加热400°C保温30min脱水脱脂得到多孔金刚石预制坯，最后将适量的纯度 为99. 999%的铜块置于预制坯上方一起放入氩气气氛炉子加热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高导热性能的金刚石/铜复合材料，其特征在于：复合材料包括铜或铜合金、金刚石颗粒、过渡层，其中过度层内层为WC与W2C相外层为W相的结构。
【技术特征摘要】
1. 一种高导热性能的金刚石/铜复合材料，其特征在于：复合材料包括铜或铜合金、金 刚石颗粒、过渡层，其中过度层内层为WC与W 2C相外层为W相的结构。2. 根据权利要求1所述的一种高导热性能的金刚石/铜复合材料，其特征在于：所述 金刚石颗粒的粒度为80 μ m-130 μ m，金刚石与过渡层体积分数为62%-51%，铜或铜合金体 积分数为38%-49%。3. -种权利要求1所述的高导热性能的金刚石/铜复合材料的制备方法，其特征在于 制备方法步骤如下： (1) 金刚石表面预处理，将金刚石颗粒表面净化、除油、粗化处理； (2) 金刚石表面盐浴镀W，将预处理后的金刚石粉末与W粉按质量比1:5混合均匀，将混 合粉体置于氧化铝坩埚的底部并压...
【专利技术属性】
技术研发人员：董应虎，龙涛，张瑞卿，叶志国，陈庆军，甘海潮，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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