一种镀钛金刚石铜复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镀钛金刚石铜复合材料及其制备方法。镀钛金刚石铜复合材料的配方包括：铜粉和镀钛金刚石粉，各组分的重量份数分别是：97.97

【技术实现步骤摘要】
一种镀钛金刚石铜复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属基复合材料
，尤其为一种镀钛金刚石铜复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]金刚石颗粒增强金属基复合材料越来越受到人们的重视。然而，金刚石与铜之间的润湿性很差，界面结合较弱，界面热阻增大。上述问题通常有两种解决方案。一种方法是基体合金化，即在铜基体中引入Ti、B、Zr和Cr等合金元素。然而，合金元素的加入量很难得到准确的控制，这可能导致过量元素残留在基体中，从而降低基体的导热系数。另一种是金刚石表面改性，在金刚石颗粒表面引入强碳化物形成元素，如Ti、Cr、W和Mo。这四种金属层不仅是强碳化物形成元素，能与金刚石发生反应，而且能部分溶解在铜基体中。因为碳化物既要有较高的导热系数，又要有合适的热膨胀系数。因此，选择了两种具有上述性能的碳化物：TiC和WC。由于TiC的生成自由能较低，很容易在短时间内形成碳化物，与金刚石形成化学键合。因此选择金属钛镀层。所形成的界面层作为连接铜和金刚石的桥梁，从而提高了复合材料的导热性。
[0003]如今市面上大多采用放电等离子烧结(SPS)方式来生产镀钛金刚石铜复合材料，生产效率低下，并且生产出的材料内部孔隙度高，力学性能差，同时难以制作出材料内部的微孔和通道，降低了产品的质量，同时在生产过程中金刚石极易出现石墨化，大大降低了产品的性能。经SPS方式生产的镀钛金刚石铜复合材料成圆柱形，后期需要进行的热学性能测试需要将圆柱体切割成热学测试规定的大小与厚度，但粒径稍微大些的金刚石很难切割，粒径小的金刚石性能相较差些这些都使得SPS方式生产的镀钛金刚石铜复合材料受到局限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供镀钛金刚石铜复合材料及制备工艺，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种镀钛金刚石铜复合材料，所述镀钛金刚石铜复合材料的原料包括质量份数为97.97
‑
98.8份的铜粉和1.2
‑
2.03份镀钛金刚石粉。
[0007]进一步的，所述铜粉为纯度在99.6
‑
99.8％的电解铜粉。
[0008]进一步的，所述镀钛金刚石粉的粒径为20
‑
25μm，且镀钛层的厚度在140
‑
250nm之间。
[0009]一种如上述的镀钛金刚石铜复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一：称取一定质量份数的铜粉和镀钛金刚石粉；
[0011]步骤二：投入球磨机中进行球磨，球磨过程中利用氮气进行保护，球磨后制成粒径在20
‑
25μm的混合合金粉末备用；
[0012]步骤三：将球磨之后得到的混合合金粉末投入到碳化钨模具中进行真空热压烧结，烧结完成后冷却，得到镀钛金刚石铜合金块备用；
[0013]步骤四：将步骤三制备得到的镀钛金刚石铜合金块粉碎至5
‑
10mm的小粒；
[0014]步骤五：将步骤四粉碎得到的镀钛金刚石铜合金小粒利用球磨机进行球磨粉碎，球磨时充入氮气进行保护，得到25μm混合均匀的镀钛金刚石铜合金粉末备用；
[0015]步骤六：将步骤五制成的镀钛金刚石铜合金粉末利用400目的振动筛进行筛分，留下细致且均匀的镀钛金刚石铜合金粉末，随后将筛分过后的镀钛金刚石铜合金粉末烘干冷却后取出备用；
[0016]步骤七：取用步骤六中烘干冷却后的镀钛金刚石铜合金粉末，随后利用SLM 3D打印机在高纯度的氮气的保护下进行激光打印，打印制成高致密度低孔隙率的镀钛金刚石铜复合材料。
[0017]进一步的，所述步骤三中，真空热压烧结的工艺条件为：炉内真空度为1
×
10
‑3‑2×
10
‑3kPa，热压压力为75
‑
85MPa，烧结温度为880
‑
910℃，时间为55
‑
65min。
[0018]进一步的，所述步骤六中，烘干温度为55
‑
65℃，烘干时间为120
‑
240min。
[0019]进一步的，所述步骤七中，氮气的浓度在99.5
‑
99.9％之间。
[0020]进一步的，所述步骤七中，激光功率为140
‑
180W，扫描速度为200
‑
600mm/s，铺粉厚度为0.025mm。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1.本专利技术通过将铜粉和镀钛金刚石粉进行真空热压烧结制成镀钛金刚石铜合金，烧结工艺条件下镀钛金刚石铜合金块的烧结密度和抗拉伸强度均大幅度提高，镀钛层有利于增强铜和金刚石之间的浸润度，降低了材料10
‑
20％的孔隙率，产品的导热性能增强了5
‑
10％；
[0023]2.本专利技术利用SLM工艺代替传统工艺来生产镀钛金刚石铜复合材料，利用微激光光斑融覆层层铺设的金属粉末成型，能实现高精度特征和高复杂近净成形，并且无需任何黏结剂直接制成复杂造型，减少了生产成本，提高了生产效率，并且产品致密度高；SLM相对SPS的优势在于激光聚焦后具有细小的光斑，容易获得高功率密度，可加工出具有较高尺寸精度(达0.1mm)及良好表面粗糙度的金属零件；成型零件具有冶金结合的组织特性，相对密度能达到近乎100％，力学性能可与铸锻件相比；三维软件建好模型后直接打印出性能测试规定的尺寸及复杂结构(包括能提高散热效果的多孔结构)一体成型，这些复杂结构采用传统方法(包括SPS)无法制造出来；将SLM创造复杂设计的能力与金属基复合材料的优异性能相结合，可以充分发挥金刚石/铜复合材料的性能，并重塑其应用；
[0024]3.本专利技术在多次球磨混合的过程中和成型的过程中均通入氮气作为保护，避免了高温下金刚石的石墨化和铜的氧化，有利于提高产品的质量。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的工艺流程图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]请参阅图1，本专利技术提供的一种技术方案：
[0028]实施例1：
[0029]镀钛金刚石铜复合材料，配方包括：铜粉和镀钛金刚石粉，各组分的重量份数分别是：98.8份的铜粉和1.2份镀钛金刚石粉，且铜粉为纯度在99.8％的电解铜粉，镀钛金刚石粉的粒径为25μm，且镀钛层的厚度为200nm。
[0030]镀钛金刚石铜复合材料的制备工艺，包括以下步骤，步骤一，原料称取；步骤二，一次球磨混合；步骤三，合金制备；步骤四，破碎制粉；步骤五，二次球磨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镀钛金刚石铜复合材料，其特征在于：所述镀钛金刚石铜复合材料的原料包括质量份数为97.97
‑
98.8份的铜粉和1.2
‑
2.03份镀钛金刚石粉。2.如权利要求1所述的一种镀钛金刚石铜复合材料，其特征在于：所述铜粉为纯度在99.6
‑
99.8％的电解铜粉。3.如权利要求1所述的一种镀钛金刚石铜复合材料，其特征在于：所述镀钛金刚石粉的粒径为20
‑
25μm，且镀钛层的厚度在140
‑
250nm之间。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的镀钛金刚石铜复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：称取将一定质量份数的铜粉和镀钛金刚石粉；步骤二：投入球磨机中进行球磨，球磨过程中利用氮气进行保护，球磨后制成粒径在20
‑
25μm的混合合金粉末备用；步骤三：将球磨之后得到的混合合金粉末投入到碳化钨模具中进行真空热压烧结，烧结完成后冷却，得到镀钛金刚石铜合金块备用；步骤四：将步骤三制备得到的镀钛金刚石铜合金块粉碎至5
‑
10mm的小粒；步骤五：将步骤四粉碎得到的镀钛金刚石铜合金小粒利用球磨机进行球磨粉碎，球磨时充入氮气进行保护，得到25μm混合均匀的镀钛金刚石铜合金粉末备用；步骤六：将步骤五制成的镀钛金刚石铜合金粉末利用400目的振...

【专利技术属性】
技术研发人员：章露，郝亮，李妍，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：