一种具有高光洁度的铝基金刚石复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高光洁度的铝基金刚石复合材料及其制备方法，具体制备方法如下：1)将铝粉与煤油混合均匀制成铝粉薄片，将涂层金刚石颗粒按阵列均匀排布在铝粉薄片表面，得到铝金刚石复合薄片A；2)将铝硅预合金粉与煤油混合后制成铝硅合金粉薄片B；3)将铝硅合金粉薄片B多层叠放后作为上下表面层，铝金刚石复合薄片A多层叠放后作为中间层，压制成铝基金刚石坯体；4)将铝基金刚石坯体进行预烧结处理，冷却后取出进行高温压力烧结，再抛光得到具有高光洁度的铝基金刚石复合材料。本发明专利技术提供的铝基金刚石复合材料具有高强度、高导热、低热膨胀、表面光洁度高的优点，可用于制备光洁度要求较高的高精度零部件。洁度要求较高的高精度零部件。洁度要求较高的高精度零部件。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高光洁度的铝基金刚石复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于含金刚石合金
，具体涉及一种具有高光洁度的铝基金刚石复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，铝基金刚石高导热复合材料在高端电子封装基板材料领域得到广泛的应用。而封装基板材料需要配套的镀镍金等工艺，才能与后期金属键合过程中的银浆料进行很好地结合。在这个过程中，如果制备的金属基复合材料表面较为粗糙，则会严重影响铝基金刚石复合材料在电子封装领域的使用。为满足使用条件，通常采用压力熔渗工艺和粉末冶金工艺制备铝基金刚石复合材料。但在提高金刚石的体积分数到一定程度(能够控制铝基金刚石复合材料热膨胀系数)后，采用这两种方法均存在一些不足，现有的压力熔渗工艺很难对复合材料内部结构进行调控，而粉末冶金工艺制备的金刚石金属基复合材料表面光洁度较差，复合材料的强度也难得到很好的保障。
[0003]有鉴于此，本领域迫切需要一种金刚石体积分数高、分布有序且具有高光洁度的铝基金刚石复合材料，本专利技术提供一种成本较低的新的粉末冶金工艺，能够显著改善铝基金刚石表面光洁度，同时使复合材料的导热率、热膨胀系数均能达到使用要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种具有高光洁度的铝基金刚石复合材料及其制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]提供一种具有高光洁度的铝基金刚石复合材料，其制备方法如下：
[0007]1)将铝粉与煤油混合均匀，用涂布机制成0.1～0.5
㎜
厚的铝粉薄片，用金刚石布料机将涂层金刚石颗粒按阵列均匀排布在铝粉薄片表面，得到表面金刚石颗粒间距100～400μm呈阵列排布的铝金刚石复合薄片A；
[0008]2)将铝硅预合金粉与煤油混合后用涂布机均匀喷洒制成0.1～0.5
㎜
厚的铝硅合金粉薄片B；
[0009]3)将步骤2)制备的铝硅合金粉薄片B多层叠放后作为上下表面层，步骤1)制备的铝金刚石复合薄片A多层叠放后作为中间层，放入模具并用冷压力机压制成具有三明治结构的铝基金刚石坯体；
[0010]4)将步骤3)所制备的铝基金刚石坯体进行预烧结处理，冷却后取出得到预烧胚，将预烧胚进行高温压力烧结，再抛光得到具有高光洁度的铝基金刚石复合材料。
[0011]按上述方案，步骤1)所述铝粉粒径为50～200μm，优选50～100μm；所述铝粉与煤油的质量比为100：3～8，优选的质量比为100：3～5。
[0012]按上述方案，步骤1)所述涂层金刚石颗粒为表面涂层厚度为0.1～0.5μm的人造高温高压金刚石、人造CVD金刚石以及天然金刚石中的一种，金刚石颗粒粒径为100～500μm
(优选为100～300μm)，涂层材料为SiC
‑
Si，Cr3C2‑
Cr、TiC
‑
Ti中的一种。金刚石涂层采用离子镀膜方式在金刚石表面制备得到。
[0013]按上述方案，步骤2)所述铝硅预合金粉为AlSi
12
粉末、AlSi
20
粉末、AlSi
10
Mg粉末中的一种，粒径为50～200μm，优选50～100μm。
[0014]按上述方案，步骤2)所述铝硅预合金粉与煤油的质量比为100：1～5，优选的质量比为100：1～3。
[0015]按上述方案，步骤3)压制的压力为20～60MPa。
[0016]按上述方案，步骤4)所述预烧结处理工艺条件为：置于真空度为10
‑3Pa的真空烧结炉中，从室温(15～35℃)下以5℃/min的速率升温至450～480℃，保温2～4小时(保温的目的在于完全去除煤油)，然后以3℃/min的速率升温至550～700℃，保温1～2小时。预烧结处理使三明治结构铝基金刚石坯体有一定的结合强度，还能达到净化粉体的作用。
[0017]按上述方案，步骤4)所述高温压力烧结工艺条件为：在真空度10
‑1～10
‑2Pa、惰性气氛(氩气或氦气)或氢
‑
氩混合的还原性气氛(氢气体积分数为5％)下进行加热，从室温下以10～20℃/min的速率升温至550～700℃，温度达到最高温后开始加压，压力为30～50Mpa，保温30～60min，保持压力随炉冷却至室温。
[0018]按上述方案，步骤4)所述抛光为机械或化学抛光。
[0019]按上述方案，步骤4)所述具有高光洁度的铝基金刚石复合材料厚度为0.8～3mm，上、中、下层厚度分别为0.3～0.5
㎜
，0.2～2
㎜
，0.3～0.5
㎜
，其表面粗糙度Ra≤0.4。
[0020]本专利技术还包括上述具有高光洁度的铝基金刚石复合材料的制备方法，具体步骤如下：
[0021]1)将铝粉与煤油混合均匀，用涂布机制成0.1～0.5
㎜
厚的铝粉薄片，用金刚石布料机将涂层金刚石颗粒按阵列均匀排布在铝粉薄片表面，得到表面金刚石颗粒间距100～400μm呈阵列排布的铝金刚石复合薄片A；
[0022]2)将铝硅预合金粉与煤油混合后用涂布机均匀喷洒制成0.1～0.5
㎜
厚的铝硅合金粉薄片B；
[0023]3)将步骤2)制备的铝硅合金粉薄片B多层叠放后作为上下表面层，步骤1)制备的铝金刚石复合薄片A多层叠放后作为中间层，放入模具并用冷压力机压制成具有三明治结构的铝基金刚石坯体；
[0024]4)将步骤3)所制备的铝基金刚石坯体进行预烧结处理，冷却后取出得到预烧胚，将预烧胚进行高温压力烧结，再抛光得到具有高光洁度的铝基金刚石复合材料。
[0025]本专利技术先将铝粉制成0.1～0.5
㎜
厚的铝粉薄膜材料，然后在铝粉薄膜上矩阵排列涂层金刚石复合薄片A，将铝硅预合金粉制成0.1～0.5
㎜
厚的薄片B，并按照BAB三明治结构叠放获得铝基金刚石复合材料生胚。然后，通过真空高温净化脱除多余煤油，以及高温预烧结得到一定强度的预烧胚。最后，通过高温压力烧结得到具有高导热系数，低热膨胀率的铝金刚石复合材料。本专利技术所设计的烧结后铝基金刚石复合材料上下表面为厚度0.3～0.5
㎜
铝硅合金，表现出优异的可机械加工性能；中间厚度为0.2～2
㎜
铝基金刚石层，表现出优异的高导热性和低热膨胀性。本专利技术所制备的金刚石铝基复合材料综合热导率TC≥600(W/mK)，热膨胀系数CTE≤6.0(10
‑6/K)，表面光洁度Ra≤0.4，具有广泛的应用前景和实用价值。
[0026]为了保证高的导热率，本专利技术采用金刚石矩阵排列在铝粉薄片上面，这样既可以
节省材料又可以保证三维方向有相同的高导热性。
[0027]单层铝基金刚石复合材料具有很高的导热性和低热膨胀，但是由于金刚石颗粒硬度高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高光洁度的铝基金刚石复合材料，其特征在于，其制备方法如下：1)将铝粉与煤油混合均匀，用涂布机制成0.1～0.5
㎜
厚的铝粉薄片，用金刚石布料机将涂层金刚石颗粒按阵列均匀排布在铝粉薄片表面，得到表面金刚石颗粒间距100～400μm呈阵列排布的铝金刚石复合薄片A；2)将铝硅预合金粉与煤油混合后用涂布机均匀喷洒制成0.1～0.5
㎜
厚的铝硅合金粉薄片B；3)将步骤2)制备的铝硅合金粉薄片B多层叠放后作为上下表面层，步骤1)制备的铝金刚石复合薄片A多层叠放后作为中间层，放入模具并用冷压力机压制成具有三明治结构的铝基金刚石坯体；4)将步骤3)所制备的铝基金刚石坯体进行预烧结处理，冷却后取出得到预烧胚，将预烧胚进行高温压力烧结，再抛光得到具有高光洁度的铝基金刚石复合材料。2.根据权利要求1所述的具有高光洁度的铝基金刚石复合材料，其特征在于，步骤1)所述铝粉粒径为50～200μm；所述铝粉与煤油的质量比为100：3～8。3.根据权利要求1所述的具有高光洁度的铝基金刚石复合材料，其特征在于，步骤1)所述涂层金刚石颗粒为表面涂层厚度为0.1～0.5μm的人造高温高压金刚石、人造CVD金刚石以及天然金刚石中的一种，金刚石颗粒粒径为100～500μm，涂层材料为SiC
‑
Si，Cr3C2‑
Cr、TiC
‑
Ti中的一种。4.根据权利要求1所述的具有高光洁度的铝基金刚石复合材料，其特征在于，步骤2)所述铝硅预合金粉为AlSi
12
粉末、AlSi
20
粉末、AlSi
10
Mg粉末中的一种，粒径为50～200μm；所述铝硅预合金粉与煤油的质量比为100：1～5。5.根据权利要求1所述的具有高光洁度的铝基金刚石复合材料，其特征在于，步骤3)压制的压力为20～60MPa。6.根据权利要求1所述的具有高光洁度的铝基金刚石复合材料，其特征在于，步骤4)所述预烧结处理工艺条件为：置于真空度为10

【专利技术属性】
技术研发人员：常智敏，白华，夏兆辉，顾立新，王瑞春，潘旸，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：