一种超薄厚度金刚石/铜复合材料的近净成形方法技术

本发明专利技术提供了一种超薄厚度金刚石/铜复合材料的近净成形方法，以及由该方法得到的超薄厚度金刚石/铜复合材料。所述制备方法包括如下步骤：1)装粉：将镀钨金刚石粉末和铜粉末放入玛瑙研钵中，以酒精为介质，混合均匀，在湿粉状态下装入石墨模具中，并在上下两面各加一片铜箔或一层铜粉；2)干燥：将步骤1所得的模具在80～100℃的温度下真空干燥；3)烧结：将干燥后装配好的模具放入放电等离子烧结系统炉腔中，施加压力，抽真空后通电烧结；4)打磨处理：将步骤3烧结成型的复合材料用砂纸简单打磨，去除表面的碳纸和多余的铜，即可得到超薄厚度金刚石/铜复合材料。该方法制备工艺简单，操作方便，可重复性好。可重复性好。可重复性好。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄厚度金刚石/铜复合材料的近净成形方法


[0001]本专利技术涉及一种制备高导热复合材料的方法，具体涉及一种利用放电等离子烧结形成超薄厚度金刚石/铜复合材料的近净成形方法。

技术介绍

[0002]为了解决电子封装材料热导率低的问题，在散热材料领域科研人员开发出了一种热膨胀系数与半导体芯片相匹配的高导热材料—金刚石/铜复合材料。一般该复合材料理论热导率在740W/(m
·
K)以上，其热导率随金刚石含量的增加而提高。但是由于金刚石与铜界面润湿性差，导致其热导率明显恶化。实验室制备该复合材料的热导率一般不超过700W/(m
·
K)。同时，由于金刚石硬度高，粒度大，导致该复合材料加工困难且表面粗糙。在实际应用中需要该复合材料的厚度达到0.3mm，通常采用激光切割加工此类高导热材料。然而，激光切割不但费用高昂，效率低，而且会使金刚石表面碳化，从而降低金刚石/铜复合材料的热导率。因此开发出免于后续加工、高表面平整度和高热导率的金刚石/铜复合材料的近净成形技术是至关重要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对金刚石/铜难加工和表面粗糙的问题，提供了一种的超薄厚度金刚石/铜复合材料的近净成形方法，其包括如下步骤：
[0004]步骤1：装粉：将镀钨金刚石粉末和铜粉末放入玛瑙研钵中，以酒精为介质，混合均匀，在湿粉状态下装入石墨模具中，并在混合粉末上下两面各加一片铜箔或一层铜粉末，其中，所述金刚石粉末和铜粉末的粒径分别为150～220μm和60～80μm；
[0005]步骤2：干燥：将步骤1所得的模具放入真空干燥箱中，在80～100℃的温度下真空干燥；
[0006]步骤3：烧结：将干燥后装配好的模具放入放电等离子烧结系统(SPS)炉腔中，施加压力，抽真空后进行通电烧结；
[0007]步骤4：打磨处理：将步骤3烧结成型的复合材料用砂纸打磨，去除表面的碳纸和多余的铜，即可得到超薄厚度金刚石/铜复合材料。
[0008]优选地，所述超薄厚度金刚石/铜复合材料的厚度为0.2～2.0mm，优选0.3～1.0mm。
[0009]优选地，步骤1中所述的镀钨金刚石粉末和铜粉末的重量比为1∶1至1∶15，优选1∶2至1∶12。
[0010]优选地，在步骤1中，在混合粉末上下两面的铜箔或铜粉的厚度分别为0.1mm～0.3mm。
[0011]优选地，步骤2中的湿粉填充的厚度大于0.2mm且小于2.0mm，更优选大于0.3mm且小于1.5mm。
[0012]优选地，步骤3中的烧结工艺参数设置如下：
[0013]轴向压力：30～40MPa；
[0014]升温速率：60～80℃/min的升温速率升温至850～950℃，保温5～10min；
[0015]烧结温度：850～950℃；
[0016]降温速率：保温结束后切断电流，随炉冷却至室温。
[0017]优选地，步骤4中砂纸的目数分别为100目，800目，2000目，打磨至复合材料表面平整。
[0018]根据本专利技术的第二方面，提供了根据本专利技术的方法制备的超薄厚度金刚石/铜复合材料。
[0019]优选地，所述超薄厚度金刚石/铜复合材料的厚度为0.2～2.0mm，优选0.3～1.0mm。
[0020]优选地，所述超薄厚度金刚石/铜复合材料与铜的热导率之比为1.060以上，更优选1.065以上；
[0021]优选地，所述超薄厚度金刚石/铜复合材料在室温下热膨胀系数为7.0*10
‑6～8.0*10
‑6K
‑1，更优选为7.28*10
‑6～8.0*10
‑6K
‑1。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0023]1、根据本专利技术的方法，通过使用乙醇介质来进行研磨的混粉方法避免了由于金刚石粉末和铜粉末的粒度和密度差异导致的混粉不均匀的问题。
[0024]2、根据本专利技术的方法，在装粉时上下两面各加一片铜箔或一层铜粉，解决了金刚石/铜复合材料表面不平整的问题。且脱模后仅需要简单打磨，因此具有高效、省时、节约人力成本的优点。
[0025]3、根据本专利技术的方法，能够直接制备出超薄厚度的高导热金刚石/铜复合材料，因此节约了高昂的激光加工成本。
[0026]4、根据本专利技术的方法，所述的制备工艺简单，操作方便，可重复性好，产品稳定，批次一致性好。
[0027]本专利技术的方法具有普适性，可以广泛应用于其他金属基金刚石复合材料的制备。
附图说明
[0028]图1为根据实施例1所制备的厚度为0.3mm的金刚石/铜复合材料的实物照片。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案以及效果更加清楚、明确，以下列举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所描述的实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]铜粉末、金刚石粉末均采购于国药集团。
[0031]实施例1
[0032]制备厚度为0.3mm的金刚石/铜复合材料
[0033]将0.037g的粒径为200μm的镀钨金刚石粉末和0.378g的粒径为75μm的铜粉末放入研钵中用5ml酒精湿混的方法混合均匀；在湿粉状态下装入直径为13mm的石墨模具中，填充高度为0.4mm，并在混合粉末上下两面各加一片厚度为0.2mm的铜箔。
[0034]然后，将装料的石墨模具放入真空干燥箱中，在80℃下真空干燥3h。
[0035]干燥完全后，再将干燥后的石墨模具放入放电等离子烧结系统炉腔中采用放电等离子烧结使混合粉末快速成型，
[0036]轴向压力：30MPa；
[0037]升温速率：60℃/min的升温速率升温至900℃，保温8min；
[0038]烧结温度：900℃；
[0039]降温速率：保温结束后切断电流，随炉冷却至室温。
[0040]接着，所得的金刚石/铜复合材料分别用100目，800目，2000目的砂纸打磨至复合材料表面平整。
[0041]金刚石/铜复合材料的厚度为0.3mm。
[0042]测试样品性能：
[0043]热导率(“金刚石/铜复合材料”的热导率/铜的热导率)：垫胶测量结果为1.085，未垫胶测量结果为1.073(通过热阻法与同尺寸的纯铜进行对比测量)。
[0044]热膨胀系数：室温下测试结果为7.60*10
‑6K
‑1(测试设备为热机械分析仪，型号为TMA402F3)。
[0045]实施例2
[0046]制备厚度为0.5mm的金刚石/铜复合材料
[0047]将0.074g的粒径为200μm的镀钨金刚石粉末和0.283g的粒径为75μm的铜粉末放入研钵中用5ml酒精湿混的方法混合均匀；在湿粉状态下装入直径为13mm的石墨模具中，填充高度为0.6mm，并在混合粉末上下两面各加一片厚度为0.2mm的铜箔。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄厚度金刚石/铜复合材料的近净成形方法，其包括如下步骤：步骤1：装粉：将镀钨金刚石粉末和铜粉末放入玛瑙研钵中，以酒精为介质，混合均匀，在湿粉状态下装入石墨模具中，并在混合粉末上下两面各加一片铜箔或一层铜粉，其中，所述金刚石粉末和铜粉末的粒径分别为150～220μm和60～80μm；步骤2：干燥：将步骤1所得的模具放入真空干燥箱中，在80～100℃的温度下真空干燥；步骤3：烧结：将干燥后装配好的模具放入放电等离子烧结系统炉腔中，施加压力，抽真空后进行通电烧结；步骤4：打磨处理：将步骤3烧结成型的复合材料用砂纸打磨，去除表面的碳纸和多余的铜，即可得到超薄厚度金刚石/铜复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中的所述镀钨金刚石粉末和铜粉末的重量比为1∶1至1∶15，优选1∶2至1∶12。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤1中，在混合粉末上下两面的铜箔或铜粉的厚度分别为0.1mm～0.3mm。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，步骤2中的湿粉填充的厚度大于0.2mm且小于2.0mm，优选大于0.3mm且小于1.5mm。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，步骤3中的烧结工艺参数设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张久兴，吴镇旺，韩翠柳，杨新宇，
申请(专利权)人：安徽尚欣晶工新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：