一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法技术

一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，本发明专利技术涉及一种制备金刚石铜基复合材料的方法。本发明专利技术要解决现有技术无法制备高热导率、高致密度且形状复杂的金刚石铜基复合材料的问题。方法：一、制备镀覆后的金刚石粉末；二、混合；三、选区激光熔化；四、冷等静压技术；五、烧结；六、热等静压技术；或方法：一、制备镀覆后的金刚石粉末；二、混合；三、选区激光熔化；四、烧结；五、热等静压技术。本发明专利技术用于增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法
本专利技术涉及一种制备金刚石铜基复合材料的方法。
技术介绍
当今电气设备朝着小型化、集成化方向高速发展，电气设备的功率密度也必然随之增。如何对电气设备进行有效的热管理已经是如今的一项研究热点。通常研究的方向分为两类：一是寻找高效率热管理材料，如金属(铝、铜等)、金刚石增强导热金属基复合材料；二是通过优化散热结构，通过数值模拟找到最佳散热结构，从而提高散热效率，同时由于增材制造领域的高速发展，针对特殊的散热结构可以直接通过增材制造技术直接成形。金刚石增强金属基复合材料以铜基复合材料导热性能较优。金刚石增强铜基复合材料凭借基体良好的导热性能与金刚石的高导热的加持下，其导热率可以获得极大的提升。现有较为成熟的工艺，如SPS、高压辅助熔渗等，可以获得高热导率、高致密度的金刚石铜基复合材料，然而其工艺适应性较差，无法成型复杂形状，仅仅可以获得片材、块体等形状简单的零件。同时又由于较高的金刚石掺杂量，无法通过后期加工的方式对材料进一步加工。这使得制备高热导率、高致密度且形状复杂的金刚石铜基复合材料几乎成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：/n一、制备镀覆后的金刚石粉末：/n通过镀覆工艺在金刚石粉末表面镀覆复合镀覆层，得到镀覆后的金刚石粉末；/n所述的复合镀覆层由外镀覆层和内镀覆层组成；所述的外镀覆层为纯铜镀覆层；所述的内镀覆层为碳化物镀覆层或金属单质镀覆层；/n所述的碳化物镀覆层的厚度为100nm～500nm，所述的金属单质镀覆层的厚度为100nm～1μm；/n所述的镀覆后的金刚石粉末中纯铜镀覆层的质量百分含量为20％～70％；/n所述的金刚石粉末粒径为20μm～400μm；/n二、混合：/n将镀覆后的金刚石粉末与纯铜粉末机械混合均匀，得到混合...

【技术特征摘要】
1.一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、制备镀覆后的金刚石粉末：
通过镀覆工艺在金刚石粉末表面镀覆复合镀覆层，得到镀覆后的金刚石粉末；
所述的复合镀覆层由外镀覆层和内镀覆层组成；所述的外镀覆层为纯铜镀覆层；所述的内镀覆层为碳化物镀覆层或金属单质镀覆层；
所述的碳化物镀覆层的厚度为100nm～500nm，所述的金属单质镀覆层的厚度为100nm～1μm；
所述的镀覆后的金刚石粉末中纯铜镀覆层的质量百分含量为20％～70％；
所述的金刚石粉末粒径为20μm～400μm；
二、混合：
将镀覆后的金刚石粉末与纯铜粉末机械混合均匀，得到混合后的粉末；
所述的镀覆后的金刚石粉末与纯铜粉末的体积比1:(0.1～3)；所述的纯铜粉末为粒径为2μm～6μm的纯铜粉或粒径为23μm～53μm的纯铜粉；
三、选区激光熔化：
在选区激光熔化设备中，控制氧气含量低于0.1％，先将基板预热至20℃～200℃，在激光功率为30W～500W、扫描速度为1mm/s～1500mm/s、光斑直径为0.05mm～1mm、基板温度为20℃～200℃及基板单次铺粉厚度为0.1mm～0.4mm的条件下，利用混合后的粉末进行激光成形，最后停止加热，待基板冷却完毕后，将成型的复合材料从基板上取下；
四、冷等静压技术：
将成型的复合材料置于包套内，抽真空至压力小于10Pa，将包套后的复合材料置于冷等静压机内，在静水压力为50MPa～400MPa的条件下，保压2min～20min，去除包套，得到致密化的复合材料；
五、烧结：
将致密化的复合材料置于真空炉内，抽真空至压力小于1Pa，在烧结温度为850℃～1100℃的条件下，保温0.5h～3h，得到烧结后的复合材料；
或将致密化的复合材料置于气氛炉内，在保护气氛、烧结温度为850℃～1100℃的条件下，保温0.5h～4h，得到烧结后的复合材料；
六、热等静压技术：
在热等静压温度为850℃～1050℃及热等静压压力为50MPa～200MPa的条件下，将烧结后的复合材料保温保压0.5h～4h，得到金刚石铜基复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的碳化物镀覆层为碳化钛、碳化钨、碳化锆、碳化硼、碳化铬或碳化钼；步骤一中所述的金属单质镀覆层为Ti、W、Zr、Cr、Mo、V或Nb。


3.根据权利要求1所述的一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的镀覆工艺为物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀覆、电镀或盐浴镀。


4.根据权利要求1所述的一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的金刚石粉末为单晶金刚石粉末；步骤三中所述的基板为纯铜板。


5.根据权利要求1所述的一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，其特征在于步骤二中所述的机械混合均匀为行星球磨机混合30min～60min；步骤三中所述的激光成形具体是按以下步骤进行的：第一层扫描两个周期，之后每层扫描一个周期，层与层之间扫描方向为呈正交关系，扫描间距重叠率为0％～50％；步骤五中所述的保护气氛为惰性气体或还...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏振华，朱嘉琦，曹文鑫，代兵，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23