一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料及制备方法技术

一种螺旋体增强金属基复合材料及制备方法，所述复合材料，是在金属基体中分布由若干螺旋增强体组成的阵列，经表面改性的螺旋增强体与金属基体冶金结合；所述金属基体为Al、Cu、Ag等常用电子封装金属材料；所述螺旋增强体是在螺旋体状衬底上采用化学气相沉积方法沉积金刚石，获得衬支撑金刚石螺旋体，再于垂直表面方向上生长石墨烯或碳纳米管，得到表面具有竖立阵列的石墨烯墙或碳纳米管林的螺旋金刚石导热体结构。本发明专利技术通过螺旋增强体在金属基体中阵列排布，并通过添加增强颗粒进一步提高热导率，得到一种高导热的复合材料，可用作电子封装和热沉材料等，解决了高温、高频、大功率电子器件的封装问题。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术公开了一种螺旋体增强金属基或聚合物复合材料及制备方法，属于复合料制备

技术介绍
：热管理材料是用于将电子元件或系统产生的热量及时散除、以保证系统工作稳定性和可靠性的材料，主要包括电子封装材料和热沉材料两类。电子封装材料是具有高的热导率，低的热膨胀系数，良好的机械支撑、物理保护、电气连接、散热防潮、外场屏蔽、尺寸过渡以及稳定元件参数等作用的材料，是集成电路的密封体。随着电子信息技术的迅猛发展，电子仪器正向着高性能、低成本、小型化、便捷化、多功能集成化方向快速发展，电子元器件集成度和运行速度不断升高，导致集成电路产品发出的热量大幅增加，从而影响电子器件的稳定性，而以Cu、Al/SiC等合金为代表的传统的电子封装材料已经不能够满足要求。近年来，以金刚石增强金属基复合材料为代表的新一代电子封装材料，凭借其极高的热导率，可调的热膨胀系数迅速成为研究热点。现有的研究成果几乎绝大多数都集中在金刚石颗粒增强金属基复合材料，但所得到的热导率远远没有达到预期。2004年，O.Beffort等采用传统压力熔渗法制备金刚石颗粒增强铝基复合材料，但复合材料热导率只有130W/(m·K)。而2008年，俄罗斯Ekimov等人在金刚石颗粒质量分数达90～95％的极限条件下，高温高压烧结制备了一种新型的金刚石粉/铜复合材料，该复合型材料的基体为金刚石粉(粒径范围为0～500μm)，铜作为粘结剂使金刚石在高温高压下形成的连续骨架结构，该复合材料的热导率也只达到了900W/(m·K)，远远低于金刚石的热导率。专利申请号201510660439.1公开了一种螺旋线增强金属基复合热沉材料及其制备方法，然而此种复合材料具有以下不足：(1)线性表面制备增强相体量较低、与金属基体接触是线接触，接触面积小，热导性能受到局限；(2)线性增强体强度低，螺旋线增强体在与金属进行高压成型(如高压溶渗)过程中易于断裂。理论上，金刚石/金属基复合材料的热导率应在金刚石与金属基体之间，这样将大大提高复合材料的导热性；但实际上，金刚石/铝的热导率往往不足300W/(m·K)，而金刚石/铜复合材料的热导率往往不足400W/(m·K)。这是因为金刚石和铝、铜的润湿性极差，两相结合不紧密会造成很多结构缺陷和空隙，致使复合材料界面处形成了很大的热阻。同时根据导热理论，金刚石颗粒增强铜基复合材料属于串联导热模式，晶粒间存在粘结相，大量的界面数量带来了额外的界面热阻，因而导致导热性能很不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于可否现有技术之不足，提供一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料及制备方法，本专利技术制备的复合材料中增强相与基体接触面积大，热导率高，复合材料强度好。本专利技术一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料，是在所述的复合材料基体中分布有若干螺旋增强体，所述螺旋增强体为强化层包覆的金属螺旋体，基体材料为金属材料或聚合物材料。本专利技术一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料，所述强化层为金刚石膜层或金刚石膜与石墨烯墙和/或碳纳米管林构成的复合膜层，所述复合膜层在垂直于金刚石膜表面设有阵列布置的石墨烯墙和/或碳纳米管林,构成金刚石/石墨烯墙/、金刚石/碳纳米管林、金刚石/石墨烯墙/碳纳米管林膜层；强化层厚度为1-2000μm。本专利技术一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料，所述金属基体选自金属铜、铝中的至少一种或铜基合金、铝基合金中的至少一种；所述铜基合金、铝基合金中，铜或铝的含量大于等于50％；聚合物基体为热塑性聚合物或热固性聚合物；所述热塑性聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙二醇酯、聚对苯二甲酸、聚甲醛、聚酰胺、聚砜中的一种；所述热固性聚合物选自环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、氨基树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、硅橡胶、发泡聚苯乙烯、聚氨酯中的一种。本专利技术一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料，所述金属螺旋体的材料选自金属钨、钼、铜、钛、铬、钽、铌中的一种或选自铜基合金、钼基合金、钨基合金、钛基合金中的一种，所述铜基合金、钼基合金、钨基合金、钛基合金中铜、钼、钨、钛的质量百分含量大于等于50％；金属螺旋体上螺纹厚度为50μm‐2000μm，螺旋体外径为3‐50mm。本专利技术一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料，复合材料中还包含高导热颗粒，所述高导热颗粒选自金刚石颗粒、石墨烯粉、碳纳米管、石墨烯包覆金刚石颗粒的复合微球、表面具有石墨烯墙或碳纳米管林阵列的金刚石颗粒中的一种或多种。本专利技术一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料，所述螺旋体占复合材料总体积的1-60％，所述基体材料体积为40％‐99％，所述高导热增强颗粒占复合材料总体积的百分含量为0‐50％，各组分体积百分之和为100％。本专利技术一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料的制备方法，包括下述步骤：第一步：将螺旋衬底用丙酮超声波处理去除表面油污和污渍后，采用化学气相沉积在螺旋体表面沉积强化层；强化层中金刚石膜的沉积工艺参数为：金刚石CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa；通过对CVD沉积炉内施加等离子和磁场诱导，并实时调节碳气流量、生长温度、生长气压，实现强化层中金刚石/石墨烯墙、金刚石/碳纳米管林、金刚石/石墨烯墙/碳纳米管林膜层的CVD沉积，沉积参数为：石墨烯CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流密度为0-50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；碳纳米管CVD沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-50％；生长温度为400-1300℃，生长气压为103-105Pa；等离子电流密度为0-30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；第二步：将螺旋体与基体进行复合，得到螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料；螺旋体在基体中均匀平行排布成阵列或随机设置；螺旋体与金属基体复合时，采用冷压烧结、热压烧结、等离子烧结、无压熔渗、加压熔渗、铸造中的一种技术进行复合；螺旋体与聚合物基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料，其特征在于：在所述的复合材料基体中分布有若干螺旋增强体，所述螺旋增强体为强化层包覆的金属螺旋体，基体材料为金属材料或聚合物材料。

【技术特征摘要】
1.一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料，其特征在于：
在所述的复合材料基体中分布有若干螺旋增强体，所述螺旋增强体为
强化层包覆的金属螺旋体，基体材料为金属材料或聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋体增强金属基或聚合物基复
合材料，其特征在于，所述强化层为金刚石膜层或金刚石膜与石墨烯
墙和/或碳纳米管林构成的复合膜层，所述复合膜层在垂直于金刚石
膜表面设有阵列布置的石墨烯墙和/或碳纳米管林，构成金刚石/石墨
烯墙、金刚石/碳纳米管林、金刚石/石墨烯墙/碳纳米管林膜层；强
化层厚度为1-2000μm。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋体增强金属基或聚合物基复
合材料，其特征在于，所述金属基体选自金属铜、铝中的至少一种或
铜基合金、铝基合金中的至少一种；所述铜基合金、铝基合金中；聚
合物基体为热塑性聚合物或热固性聚合物；所述热塑性聚合物选自聚
乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚碳酸酯、
聚甲基丙烯酸甲酯、乙二醇酯、聚对苯二甲酸、聚甲醛、聚酰胺、聚
砜中的一种；所述热固性聚合物选自环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、
氨基树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、硅橡胶、
发泡聚苯乙烯、聚氨酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋体增强金属基或聚合物基复
合材料，所述金属螺旋体的材料选自金属钨、钼、铜、钛、铬、钽、

\t铌中的一种或选自铜基合金、钼基合金、钨基合金、钛基合金中的一
种，所述铜基合金、钼基合金、钨基合金、钛基合金中铜、钼、钨、
钛的质量百分含量大于等于50％。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种螺旋体增强金属基或聚
合物基复合材料，其特征在于，复合材料中还包含高导热颗粒，所述
高导热颗粒选自金刚石颗粒、石墨烯粉、碳纳米管、石墨烯包覆金刚
石颗粒的复合微球、表面具有石墨烯墙或碳纳米管林阵列的金刚石颗
粒中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种螺旋体增强金属基或聚合物基复
合材料，所述螺旋体占复合材料总体积的1-60％，所述基体材料体积
为40％‐99％，所述高导热增强颗粒占复合材料总体积的百分含量为
0‐50％，各组分体积百分之和为100％。
7.一种螺旋体增强金属基或聚合物基复合材料的制备方法，包
括下述步骤：
第一步：将螺旋衬底用丙酮超声波处理去除表面油污和污渍后，
采用化学气相沉积在螺旋体表面沉积强化层；强化层中金刚石膜的沉
积工艺参数为：
金...

【专利技术属性】
技术研发人员：马莉，周科朝，魏秋平，余志明，张龙，叶文涛，张岳峰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43