一种高导热金属基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热金属基复合材料，由如下重量份的组分构成：钛/金刚石颗粒50‑60份、铝粉35‑45份、铜粉2‑3份、铬粉1‑2份、氮化铝粉0.01‑0.1份。其制备方法包括采用真空微蒸镀法在金刚石颗粒表面包覆钛层，取铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒于球磨机中混合均匀；将上步获得的混合粉末移入放电等离子烧结系统中进行烧结，得到所述高导热金属基复合材料。本发明专利技术通过在金刚石颗粒表面镀覆钛层，使金刚石表面金属化，使其与金属基材可形成良好的化学结合，在复合材料中添加少量铜、铬，并加入微量的氮化铝，可以显著提高材料的热导率，并且维持较低的热膨胀系数。本发明专利技术高导热金属基复合材料可用于电子封装材料。

A high thermal conductivity metal matrix composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高导热金属基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及电子封装材料
，具体为一种高导热金属基复合材料及其制备方法。
技术介绍
电子封装材料的应用需要考虑两大基本性能要求，首先是高热导率，实现热量的快速传递，保证芯片可以在理想的温度条件下稳定工作；同时需要具有可调控的热膨胀系数，从而与芯片和各级封装材料保持匹配，降低热应力的不良影响。随着电子工业的发展和高密度封装技术的进步，电子器件面积越来越小，功能集成越来越多，使得电路的工作温度不断上升，这一趋势导致电子产品对于散热的要求越来越高。尤其是近年来以氮化镓、碳化硅及金刚石为代表的第三代半导体材料的发展，第三代半导体材料具有禁带宽度大、临界击穿电场强度高、载流子的饱和漂移速率以及迁移率大，介电常数非常小等特点，在高频、高压、高功率等领域具有非常广阔的前景，而这些领域的电子器件对于散热的要求更为严苛。因此电子产品卓越的性能和稳定的可靠性越来越依赖于高导热性能的电子封装材料。金刚石具有自然材料中最高的热导率，可以达到600-2200W/(m·K)，同时热膨胀系数和密度也仅有1.0×10-6/K和3.52g/cm3，并且随着人造金刚石制备技术的不断发展成熟，金刚石颗粒的价格出现大幅度降低，因此将其作为增强相与高导热金属复合，理论上可以获得更为优异的热导率性能，因此成为新一代金属基电子封装材料的研究热点。然而进一步研究发现，金刚石由于具有极强的化学惰性，在一般的制备条件下，极难与高导热金属实现良好的界面结合，从而限制了金刚石在电子封装材料方面的应用。<br>
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高导热金属基复合材料，以及该高导热金属基复合材料的制备方法，具备优异的热导率和热膨胀系数，解决了金刚石与金属导热材料难以复合的技术问题。本专利技术的第一个目的是提供一种高导热金属基复合材料，由如下重量份的组分构成：所述钛/金刚石颗粒是指表面包覆钛镀层的金刚石颗粒。优选的，所述钛/金刚石颗粒的钛镀层厚度控制在1-1.5μm。优选的，所述金刚石的粒径为110-120μm。优选的，所述铝粉、铜粉、铬粉的粒径控制在100-150μm。优选的，所述氮化铝粉的粒径控制在20-50μm。本专利技术的第二个目的是提供一种高导热金属基复合材料制备方法，包括如下步骤：步骤一，采用真空微蒸镀法在金刚石颗粒表面包覆钛层，具体是将金刚石颗粒、三氯化钛、氢化钛粉末混合，真空环境下加热至650-850℃，在金刚石颗粒表面形成钛镀层，获得钛/金刚石颗粒；步骤二，取铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒于球磨机中混合均匀；步骤三，将上步获得的混合粉末移入放电等离子烧结系统中进行烧结，得到所述高导热金属基复合材料；其中，铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒的质量配比如下：优选的，所述钛/金刚石颗粒的钛镀层厚度控制在1-1.5μm。优选的，所述金刚石的粒径为110-120μm。优选的，所述铝粉、铜粉、铬粉的粒径控制在100-150μm。优选的，所述氮化铝粉的粒径控制在20-50μm。优选的，步骤二中，球磨机转速为300-350r/min，球磨时间2-3小时。优选的，步骤三中，系统真空度为2-8Pa，烧结压力50-70MPa，保温时间10-15min。本专利技术通过在金刚石颗粒表面镀一层钛层，使金刚石表面金属化，钛镀层与金刚石表面形成碳化物，提高与金刚石的结合力，并且钛在铝基体重具有一定溶解度，通过扩散作用实现与基体金属良好的结合，因此其与复合材料两相间可形成良好的化学结合，从而改善复合材料界面结构。此外，专利技术人意外的发现，在铝基复合材料中添加少量铜、铬，并加入微量的氮化铝，可以显著提高材料的热导率，并且维持较低的热膨胀系数。本专利技术高导热金属基复合材料可用于电子封装材料。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例，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。如无特别说明，各原料均为常规市售产品，球磨机型号为DM-20L行星式球磨机，放电等离子烧结系统型号为LABOX-210。实施例1一种高导热金属基复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一，采用真空微蒸镀法在金刚石颗粒表面包覆钛层，具体是将金刚石颗粒、三氯化钛、氢化钛粉末混合，真空环境下加热至800℃，在金刚石颗粒表面形成钛镀层，获得钛/金刚石颗粒，钛镀层厚度控制在1.5μm，金刚石的粒径为110-120μm；步骤二，取铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒于球磨机中混合均匀，球磨机转速为350r/min，球磨时间3小时，铝粉、铜粉、铬粉的粒径控制在120-130μm，氮化铝粉的粒径控制在20-30μm；步骤三，将上步获得的混合粉末移入放电等离子烧结系统中进行烧结，系统真空度为5Pa，烧结压力60MPa，保温时间15min，得到所述高导热金属基复合材料；其中，铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒的质量配比如下：经测定，该实施例制备的高导热金属基复合材料的热导率为475W/(m·K)，热膨胀系数为8.1×10-6/K。实施例2一种高导热金属基复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一，采用真空微蒸镀法在金刚石颗粒表面包覆钛层，具体是将金刚石颗粒、三氯化钛、氢化钛粉末混合，真空环境下加热至650℃，在金刚石颗粒表面形成钛镀层，获得钛/金刚石颗粒，钛镀层厚度控制在1μm，金刚石的粒径为110-120μm；步骤二，取铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒于球磨机中混合均匀，球磨机转速为300r/min，球磨时间2小时，铝粉、铜粉、铬粉的粒径控制在110-120μm，氮化铝粉的粒径控制在30-50μm；步骤三，将上步获得的混合粉末移入放电等离子烧结系统中进行烧结，系统真空度为2Pa，烧结压力50MPa，保温时间10min，得到所述高导热金属基复合材料；其中，铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒的质量配比如下：经测定，该实施例制备的高导热金属基复合材料的热导率为423W/(m·K)，热膨胀系数为8.7×10-6/K。实施例3一种高导热金属基复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一，采用真空微蒸镀法在金刚石颗粒表面包覆钛层，具体是将金刚石颗粒、三氯化钛、氢化钛粉末混合，真空环境下加热至850℃，在金刚石颗粒表面形成钛镀层，获得钛/金刚石颗粒，钛镀层厚度控制在1.3μm，金刚石的粒径为110-120μm；步骤二，取铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒于球磨机中混合均匀，球磨机转速为330r/min，球磨时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热金属基复合材料，其特征在于，由如下重量份的组分构成：/n

【技术特征摘要】
1.一种高导热金属基复合材料，其特征在于，由如下重量份的组分构成：



所述钛/金刚石颗粒是指表面包覆钛镀层的金刚石颗粒。


2.根据权利要求1所述的一种高导热金属基复合材料，其特征在于，所述钛/金刚石颗粒的钛镀层厚度控制在1-1.5μm。


3.根据权利要求1所述的一种高导热金属基复合材料，其特征在于，所述金刚石的粒径为110-120μm。


4.根据权利要求1所述的一种高导热金属基复合材料，其特征在于，所述铝粉、铜粉、铬粉的粒径控制在100-150μm。


5.根据权利要求1所述的一种高导热金属基复合材料，其特征在于，所述氮化铝粉的粒径控制在20-50μm。


6.一种高导热金属基复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，采用真空微蒸镀法在金刚石颗粒表面包覆钛层，具体是将金刚石颗粒、三氯化钛、氢化钛粉末混合，真空环境下加热至650-850℃，在金刚石颗粒表面形成钛镀层...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文英，程展，李长岭，张剑，丁金龙，施华，吴伟，夏海燕，别红玲，
申请(专利权)人：上海乾乐欣展实业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31