本实用新型专利技术公开了一种简易熔渗装置，该装置由模具、镀覆薄膜的金刚石颗粒、基体金属、盖板、重物组成，其中镀覆薄膜的金刚石颗粒均匀放置在模具内，镀覆薄膜的金刚石颗粒上方依次放置基体金属、盖板、重物；其中金属基体为铜、铜合金、铝、铝合金、银、银合金中的一种；采用该简易熔渗装置所制得的金刚石/金属复合材料导热性能更好、膨胀系数更低且金刚石分布更加均匀；设备投资更小、工艺更加简单，单批次制备的金刚石/金属复合材料厚度更大，成本更低。成本更低。成本更低。
【技术实现步骤摘要】
一种简易熔渗装置
[0001]本技术涉及一种简易熔渗装置，利用该简易熔渗装置可制备低膨胀系数金刚石/金属复合材料，属于金属基复合材料
技术介绍
[0002]金刚石/金属复合材料，即金刚石颗粒增强金属基复合材料（主要指金刚石/铜、金刚石/铝、金刚石/银）由于采用了热导率较高的金刚石作为增强相，因此此类材料的热导率远远高于目前广泛使用的第二、第三代封装材料，并且热膨胀系数与半导体芯片材料匹配，是一种极具潜力的第四代电子封装材料。
[0003]目前金刚石/金属复合材料的制备方法主要有三种，即高温高压法、熔渗法、固态烧结法。三种方法中，熔渗法由于是在铜、铝、银熔化状态下渗透进入多孔金刚石预制体（也称骨架）中，因此该方法制得的金刚石/铜、金刚石/铝、金刚石/银材料致密度比固态烧结法高，同时相比于高温高压法更具有成本优势。目前的熔渗法制备金刚石/金属复合材料，一般是将一定粒度的金刚石与一定量的粘接剂、造孔剂、塑化剂混合，再在脱脂炉中进行脱脂得到多孔金刚石预制体，再将预制体放入熔渗炉中将熔化状态的基体金属渗入预制体中得到金刚石/金属复合材料。
[0004]但是，目前的金刚石/金属复合材料一般的金刚石体积分数为50%~65%，所制得的金刚石/金属复合材料的热膨胀系数在5.8~7.5
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/K范围，而相对于Si、GaAs、GaN、InP、SiC、Ga2O3等半导体材料和AlN、Al2O3、Si3N4等陶瓷基板材料的热膨胀系数而言明显偏高，对半导体器件的可靠性带来不利影响。而目前的熔渗炉结构相对复杂，且需要单独的脱脂设备，设备造价高也是限制此类材料成本进一步下降的原因之一。
技术实现思路
[0005]本技术的目的是解决目前金刚石/金属复合材料热膨胀系数偏高的问题，从而降低其与半导体芯片材料或陶瓷基板材料之间的热应力，同时提出一种简易熔渗装置，实现利用常见设备即可实现低膨胀系数、高均匀性的金刚石/金属复合材料高效率制备的目的。
[0006]本技术具体是通过如下的技术方案实现的：一种简易熔渗装置由模具（1）、镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）、基体金属（3）、盖板（4）、重物（5）组成，其中镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）均匀放置在模具（1）内，镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）上方依次放置基体金属（3）、盖板（4）、重物（5）。
[0007]所述模具（1）和盖板（4）为石墨、SiC、BN、Al2O3、ZrO2中的一种制成；模具（1）为无盖桶形、无盖皿形或无盖箱形，盖板（4）的形状为板状，尺寸略小于模具内形。
[0008]所述镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）为表面镀覆有厚度为1~1000nm的Ti、Cr、W、Zr、B、Si、Mo、Nb、V、RE中的一种薄膜的粒径为10~500μm的金刚石颗粒，其中RE代表稀土金属。
[0009]所述基体金属（3）为铜、铜合金、铝、铝合金、银、银合金中的一种。
[0010]所述重物（5）为钨钢、低碳钢、合金钢、铸铁中的一种，重量大于模具中基体金属的重量，横截面尺寸小于模具内腔尺寸。
[0011]本技术利用重物的重力和盖板的阻挡防止密度较小的金刚石在熔渗过程漂浮，因此所制得的金刚石/金属复合材料导热性能更好、膨胀系数更低且金刚石分布更加均匀；使用该简易熔渗装置，利用常见的真空高温设备即可实现多孔预制体制备和熔渗两个过程，而不需要单独的脱脂炉和价格昂贵的熔渗炉，设备投资更小、工艺更加简单，单批次制备的金刚石/金属复合材料厚度更大，成本更低。
附图说明
[0012]图1为本技术简易熔渗装置的示意图。
[0013]附图标记说明：1—模具；2—镀覆薄膜的金刚石颗粒；3—基体金属；4—盖板；5—重物。
具体实施方式
[0014]下面结合附图和实施例对本技术进行详细说明。需要注意的是，以下仅仅是本技术的较佳实施例，并非对本技术作任何限制，凡是根据本技术技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本技术技术方案的保护范围内。
[0015]工艺过程：第一步，金刚石表面镀覆：在清洗干净的粒径为10~500μm的金刚石表面镀覆一层厚度为1~1000nm的Ti、Cr、W、Zr、B、Si、Mo、Nb、V、RE中的一种，其中RE代表稀土金属，得到镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）；第二步，制作简易熔渗装置：将镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）、基体金属（3）、盖板（4）、重物（5）依次均匀、平稳装入模具（1）得到简易熔渗装置并放入高温炉中；第三步，烧结与熔渗：关闭高温炉，抽真空到7
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Pa以下时，以1~100℃/min的速度加热到基体金属（3）熔点以下1~300℃，保温3~300min；继续升温到基体金属（3）熔点以上1~500℃，保温3~120min，熔渗过程炉内压力为1.0
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Pa~3.5
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108Pa；第四步，冷却脱模：以1~100℃/min的速率降温到200℃以下，打开泄压阀，取出简易熔渗装置，依次将重物（5）、盖板（4）取出，脱模后得到金刚石/金属复合材料。
[0016]实施例1
[0017]制备金刚石粒径110μm、镀覆层为Ti、基体金属为铜的金刚石/铜材料。
[0018]第一步，金刚石表面镀覆：在1000g粒径110μm的洁净金刚石颗粒表面利用磁控溅射的方法在金刚石表面先沉积一层Ti，镀层厚度300nm。第二步，制作简易熔渗装置：将镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）均匀放入石墨模具（1）中并振实，上方依次放置清洗干净的无氧铜板1680g（3）、石墨盖板（4）、钨钢锭5000g（5），然后将简易熔渗装置放入1700℃真空烧结炉中。第三步，烧结与熔渗：关闭真空炉，抽真空到5
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Pa时，以10℃/min的速度加热到860℃，保温60min，使金刚石与表面镀层发生化学反应生成碳化物层；继续升温到1350℃，保温20min，熔渗过程炉内压力为5.2
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Pa。在这个过程中，铜（3）发生熔化并渗入下方的金刚石颗粒间的间隙中。第四步，冷却脱模：以20℃/min的速率降温到60℃，打开泄压阀，开启炉门取出简易熔渗装置，依次将重物（5）、盖板（4）取出，脱模后得到金刚石/铜材料。
[0019]所制备的金刚石/铜热导率693W/mK，热膨胀系数4.7
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/K，致密度99.8%。
[0020]实施例2
[0021]制备金刚石粒径55μm、镀覆层为Zr、基体金属为铝合金的金刚石/铝材料。
[0022]第一步，金刚石表面镀覆：在500g粒径55μm的洁净金刚石颗粒表面利用蒸镀的方法在金刚石表面先沉积一层Zr，镀层厚度170nm。第二步，制作简易熔渗装置：将镀覆薄膜的金刚石颗粒（2）均匀放入BN模具（1）中，上方依次放置清洗干净的6063铝合金块650本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种简易熔渗装置，其特征在于由模具、镀覆薄膜的金刚石颗粒、基体金属、盖板、重物组成，其中镀覆薄膜的金刚石颗粒均匀放置在模具内，镀覆薄膜的金刚石颗粒上方依次放置基体金属、盖板、重物。2.根据权利要求1所述的一种简易熔渗装置，其特征是模具和盖板为石墨、SiC、BN、Al2O3、ZrO2中的一种制成；模具为无盖桶形、无盖皿形或无盖箱形，盖板的形状为板状，尺寸略小于模具内形。3.根据权利要求1所述的一种简易熔渗装置，其特征是镀覆薄膜的金...
【专利技术属性】
技术研发人员：史长明，
申请(专利权)人：成都本征新材料技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
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