一种金属基金刚石制品及其制备方法技术

本发明专利技术属于金刚石技术领域，具体涉及一种金属基金刚石制品及其制备方法。本发明专利技术对内基体和外基体的结构、材料进行设计优化，并结合一定的热压烧结致密化工艺，使内基体与金刚石形成较好的结合，外基体有效支撑内基体和金刚石，最后通过对单层金刚石复合片状材料进行减薄、抛光处理，增大金刚石的体积分数，从而保证所制得的金刚石制品具有较高的致密度、硬度、抗弯强度、耐磨性、热导率，并使结合剂对金刚石具有较高的把持力；本发明专利技术的金刚石制品应用广泛，比如导热散热器件、切割片和耐磨材料等。此外，本发明专利技术制备方法简单，效率高、成本低廉，可产业化。产业化。产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种金属基金刚石制品及其制备方法


[0001]本专利技术属于金刚石
，具体涉及一种金属基金刚石制品及其制备方法。

技术介绍

[0002]金刚石具有高硬度、高强度、良好的化学稳定性、高热导率和低热膨胀的优异性能，因此广泛应用于磨削、切削工具及其他耐磨材料，并在大功率、高频、高集成化电子器件的热管理应用中极具市场前景。目前，金刚石制品的制备方法主要有热压烧结、高温高压、压力熔渗、化学气相沉积(CVD)等方法。再经过切割、磨削、抛光等加工处理获得相应的器件制品。
[0003]在现有金刚石制品的制备方法中，热压烧结是一种常用的粉末冶金工艺，该工艺为先将金刚石与基体粉末机械混合后冷压成压坯，然后在热压炉中同时加热加压烧结成型。但是在机械混合的过程中，金刚石容易发生团聚和堆积，在烧结过程中基体与金刚石结合界面易产生气孔和缝隙，使得金刚石与基体的结合强度下降，难以实现完全致密化，从而降低了制品的使用性能和热导率。高温高压法虽然可以制得较高致密度的金刚石制品，但制备条件较为苛刻，成本较为高昂。压力熔渗法可以获得高致密性、高导热率的制品，但通常适用于低熔点、易形成液相的基体材料，并且需要制备金刚石预制坯，依靠毛细力或施加外力将基体熔渗至预制坯中，因此对预制坯的孔隙率和基体对金刚石的润湿性要求较高。CVD法制备的金刚石制品，虽然可以获得高热导率，但金刚石生长速度慢，成本高昂，尤其是对大尺寸、高质量金刚石膜的制备仍然存在技术瓶颈。因此，有必要开发新的金刚石制品制备方法，使其适用于各种难加工材料的切割和磨削加工，也可以用于耐磨和导热散热等领域。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种金属基金刚石制品的制备方法，所得金属基金刚石制品适用于各种难加工材料的切割和磨削加工，也可以用于耐磨和导热散热等领域。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供了一种金属基金刚石制品的制备方法，所述金属基金刚石制品包括两侧的内基体、两侧的外基体，以及紧密排布于内基体之间的金刚石，所述金刚石选自未镀层金刚石、镀钨金刚石、镀钛金刚石、镀铬金刚石中的至少一种，所述内基体选自片状或粉末状锡锌合金(熔点：190
‑
380℃)、铅银合金(熔点：300
‑
500℃)、锌铝合金(熔点：380
‑
500℃)、银铜合金(熔点：600
‑
970℃)、铜磷合金(熔点：700
‑
900℃)、镍铬合金(熔点：900
‑
1000℃)、铜锡合金(熔点：1080
‑
1130℃)中的至少一种，所述外基体选自铜、铁，以及铜合金与铁合金中的至少一种；所述金属基金刚石制品的制备方法包括以下步骤：
[0007]S1、将金刚石单层密排排布在内基体的表面，将另一层内基体覆盖在金刚石层表面进行固定，再将两层外基体分别覆盖在两层内基体的两侧进行固定，然后采用热压烧结
法对所得复合层进行致密化，烧结的温度为200
‑
1300℃，压力为5
‑
100MPa，保温时间为5
‑
300min；烧结环境为真空、氮气或氩气，经热压烧结致密化，使金刚石复合材料的厚度控制在1
‑
4mm；
[0008]S2、对热压烧结制得的金刚石复合材料进行减薄、抛光，使金刚石制品的厚度控制在0.2
‑
1.5mm，即得。
[0009]本专利技术对内基体和外基体的结构、材料进行设计优化，并结合一定的热压烧结致密化工艺，其中内基体材料在一定的温度下可以与金刚石形成较好的结合，外基体在烧结过程中可以有效支撑内基体和金刚石，从而保证制品具有优异的致密性、力学性能和导热性能；最后通过对单层金刚石复合片状材料进行减薄、抛光处理，随着减薄厚度的增加，可以增大金刚石的体积分数，从而获得高强度、高耐磨性和高热导率的金刚石制品。采用本专利技术方法制得的金刚石制品，可以适用于多个领域。比如，在高功率，高集成度的半导体器件领域作为散热基片的应用；制备成超薄砂轮或小型切割刀片对单晶硅和蓝宝石等难加工材料进行精密切割；也可以用于耐磨材料和器件。
[0010]优选地，所述金刚石的粒径为12/14
‑
100/120目，所述内基体和外基体均为片状材料。
[0011]优选地，步骤S1中，单层紧密排布的金刚石占复合层总体积的20％
‑
70％；步骤S2中，经减薄、抛光后，金刚石占金刚石制品总体积的30％
‑
90％。
[0012]优选地，所述外基体选自铜或铁，所述内基体选自银基合金、镍铬基合金、锡锌基合金，所述金刚石选自未镀层金刚、镀钨金刚石、镀钛金刚石。更优选地，所述金刚石选自12/14目的未镀层金刚石、35/40目的镀钨金刚石颗粒、50/60目的镀钛金刚石。
[0013]优选地，所述内基体和外基体在使用前，先进行切割处理，并通过酒精清洗去除表面杂质。
[0014]优选地，所述未镀层金刚石在使用前，先通过王水清洗去除表面杂质，镀层金刚石则先通过酒精清洗去除表面杂质。
[0015]热压致密化的金刚石制品再进行减薄加工处理，去除一定厚度的外基体材料、内基体材料和金刚石，以获得片状高体积分数金刚石制品。优选地，步骤S2中，减薄的方法为：先采用研磨加工法去除外基体，再采用电解加工法去除一定厚度的内基体，直至露出金刚石颗粒，最后采用纳秒或皮秒激光在一定角度下进行烧蚀加工以去除一定深度，直至金刚石颗粒与金属内基体呈一个平面。
[0016]优选地，烧蚀加工时，激光束与基体平面夹角为75
°‑
99
°
。
[0017]优选地，烧结的温度为400
‑
1000℃，压力为10
‑
25MPa，保温时间为10
‑
20min，保护气氛为氩气或真空。
[0018]本专利技术还提供了采用上述制备方法制备得到的金属基金刚石制品。
[0019]本专利技术还提供了上述金属基金刚石制品在以下任一方面中的应用：
[0020](1)制备导热散热材料；
[0021](2)制备切割材料；
[0022](3)制备耐磨材料。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]本专利技术公开了一种金属基金刚石制品的制备方法，对内基体和外基体的结构、材
料进行设计优化，并结合一定的热压烧结致密化工艺，使内基体与金刚石形成较好的结合，外基体有效支撑内基体和金刚石，最后通过对单层金刚石复合片状材料进行减薄、抛光处理，增大金刚石的体积分数，从而保证所制得的金刚石制品具有较高的致密度、硬度、抗弯强度、耐磨性、热导率，并使结合剂对金刚石具有较高的把持力；本专利技术的金刚石制品应用广泛，比如导热散热器件、切割片和耐磨材料等。此外，本专利技术制备方法简单，效率高、成本低廉，可产业化。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属基金刚石制品的制备方法，其特征在于，所述金属基金刚石制品包括两侧的内基体、两侧的外基体，以及紧密排布于内基体之间的金刚石，所述金刚石选自未镀层金刚石、镀钨金刚石、镀钛金刚石、镀铬金刚石中的至少一种，所述内基体选自锡锌合金、铅银合金、锌铝合金、银铜合金、铜磷合金、镍铬合金、铜锡合金中的至少一种，所述外基体选自铜、铁，以及铜合金与铁合金中的至少一种；所述金属基金刚石制品的制备方法包括以下步骤：S1、将金刚石单层密排排布在内基体的表面，将另一层内基体覆盖在金刚石层表面进行固定，再将两层外基体分别覆盖在两层内基体的两侧进行固定，然后采用热压烧结法对所得复合层进行致密化，烧结的温度为200
‑
1300℃，压力为5
‑
100MPa，保温时间为5
‑
300min；烧结环境为真空、氮气或氩气，经热压烧结致密化，使金刚石复合材料的厚度控制在1
‑
4mm；S2、对热压烧结制得的金刚石复合材料进行减薄、抛光，使金刚石制品的厚度控制在0.2
‑
1.5mm，即得。2.根据权利要求1所述的一种金属基金刚石制品的制备方法，其特征在于，所述金刚石的粒径为12/14
‑
100/120目，所述内基体和外基体均为片状材料。3.根据权利要求1所述的一种金属基金刚石制品的制备方法，其特征在于，步骤S1中，单层紧密排布的金刚石占复合层总体积的20％
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【专利技术属性】
技术研发人员：张凤林，彭家万，熊凌康，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：