一种制备高导热性铝－金刚石双相连续复合材料的方法技术

本发明专利技术的一种制备高导热性铝－金刚石双相连续复合材料的方法是将金刚石颗粒与铝规则排布，使在导热方向上金刚石颗粒连续接触；对排布好的坯体进行致密化处理；对致密化处理后的坯体进行烧结。所述致密化处理包括冷等静压、软膜压制、刚模压制，轧制、挤压。所述烧结包括保护气氛烧结、真空烧结、热压、热等静压、放电等离子体烧结。本发明专利技术的优点在于：能够制备出致密度较高，组织均匀，物相稳定，导热性高的复合材料。金刚石连续接触方向上导热系数是其他方向上的３倍。本发明专利技术率先使用铝和金刚石制备双相连续的复合材料，降低了成本并提高了导热材料的性能。不仅对导热材料制备具有创新性意义，而且对于复合材料领域的理论与实践也具有推动作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种粉末冶金工艺，尤其涉及一种制备高导热性铝-金刚石双相连续复合材料的方法，属于新型导热复合材料的制备领域。
技术介绍
工业生产和人民日常生活中使用了大量的电子产品及机械设备，大大提高了生产 效率及人民的生活水平。但各种设备的导热、散热功能的不足之处也随之暴露出来，造成了 能源的浪费以及设备使用率较低。为了更好的提高能源的利用率及设备的使用率，解决增 强、减缓传热的问题，各种导热系数大的材料的研究与制备显得尤为重要。目前国外在这个 领域的研究已经取得了一定的成就，但在国内仍然有很大的发展空间。在此背景下，本课题 组对可能成为高导热材料——铝_金刚石双相连续复合导热材料的设计思路、制备及其性 能进行探讨与初步研究。 工业生产和人民日常生活中使用了大量的电子产品和机械设备，但各种设备的导热、散热功能不足，长期工作于较高温度，不仅设备的使用率低，而且造成了能源的浪费。近 年来，一些国家和地区开始着手各种高导热性材料的研究和制备，目前国外在这个领域的研究已经取得了一定的成就，但在国内仍然有很大的发展空间。 粉末冶金方法适用于绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料的制造；而 且此方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约 金属，降低产品成本；由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由 坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材 料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。本方法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。 这些都是保证本实验成功的必要条件。粉末冶金的烧结工艺有反应烧结，放电等离子烧结 等，其中放电等离子烧结是一种快速烧结新工艺。将瞬间、断续、高能脉冲电流通入装有粉 末的模具上，在粉末颗粒间即可产生等离子放电，导致粉末的净化、活化、均化等效应。该烧 结方法具有以下特点(l)烧结温度低，烧结时间短，可获得细小、均匀的组织，并能保持原 始材料的自然状态；(2)能获得高致密度材料；(3)通过控制烧结组分与工艺，能烧结类似 于梯度材料及大型工件等复杂材料。(见罗锡裕.放电等离子烧结材料的最新进展.粉 末冶金工业.2001,11(6) :7.) 金刚石的导热性能良好，其导热系数在自然界中最高。但其成本太高。本专利技术使 用铝和金刚石的复合材料制备导热材料，降低了成本，相比较纯铝而言，导电性能又有所提高。 该铝-金刚石复合材料广泛只用于各种电子产品和设备，提高其导热性能，可以 节能、节耗，提高设备利用率，创造出经济与社会效益。 节能减少了各种仪器和设备由于导热性能差带来的能量浪费，及时散热，提高设 备的使用率。由于所制备的铝_金刚石复合导热材料在日常生活和工业生产中都有广泛的 应用前景，可以较大程度的实现能源的充分利用。
技术实现思路
本专利技术主要是提供了，是 以不同配比的铝和金刚石为原料，采用等静压和放电等离子烧结等方法，使金刚石颗粒在 导热方向上连续接触，制备具有高导热性的铝-金刚石双相连续复合材料。制备出的复合 材料双相连续，导热系数高。 本专利技术的，包括以下步 骤 (1)以铝箔和金刚石颗粒为原料，在铝箔上均匀涂洒金刚石颗粒，将金刚石颗粒与 铝箔规则排布，形成具有铝与金刚石的层状组织结构的坯体，在导热方向上使金刚石颗粒 连续接触； (2)对上述制得的坯体采用冷等静压、软膜压制、刚模压制，轧制或挤压的方式进 行致密化处理； (3)对致密化处理后的坯体，进行放电等离子体烧结、保护气氛烧结、真空烧结、热 压或热等静压处理。 所述规则排布是以铝箔和金刚石颗粒为原料，在铝箔上均匀涂洒金刚石颗粒，将其巻成圆柱状，形成铝与金刚石的层状组织结构，金刚石颗粒在轴向连续接触。 所述规则排布是以铝箔和金刚石颗粒为原料，在铝箔上均匀涂洒金刚石颗粒，将涂洒金刚石得铝箔剪裁成一定的形状，进行叠层，形成铝与金刚石的层状组织结构，金刚石颗粒在径向或横向连续接触。所述冷等静压处理的压力为100 200MPa。 所述对致密化处理后的坯体进行放电等离子体烧结，烧结工艺为烧结温度 500 60(TC，压力25 35MPa，保温时间4 6min。 所述对致密化处理后的坯体进行热压温度560 660°C，压力30 40MPa，保温 时间5 10min。 本专利技术的有益效果在于能够制备出致密度较高，组织均匀，物相稳定，导热性高 的复合材料。金刚石连续接触方向上导热系数是其他方向上的3倍。本专利技术率先使用铝和 金刚石制备双相连续的复合材料，降低了成本并提高了导热材料的性能。不仅对导热材料 制备具有创新性意义，而且对于复合材料领域的理论与实践也具有推动作用。 该铝-金刚石双向连续复合材料可广泛用于生活和生产用电子仪器和设备，能提 高其导热散热功能，提高设备使用率，可以节能、节耗，创造经济与社会效益。具体实施方式 实施例1 选取铝箔，金刚石颗粒为原料，将金刚石颗粒均匀涂洒在铝箔上，将其巻成圆柱 状，形成铝与金刚石的层状组织结构。对制成的坯体进行冷等静压，压力为120MPa;对经过 冷等静压处理后的坯体进行放电等离子体烧结，烧结工艺为烧结温度55(TC，压力30MPa， 保温时间5min，最后进行表面处理。 由上述工艺制备的铝-金刚石复合材料致密度高，金刚石颗粒在轴向连续接触，4组织均匀，物相稳定，金刚石颗粒连续接触的方向上导热性能优良，该方向上的导热系数是 与其垂直方向上导热系数的3倍以上。且高于纯铝材料。与其他方法相比，其成本低廉。 实施例2 选取铝箔，金刚石颗粒为原料，将金刚石颗粒均匀涂洒在铝箔上，将涂洒金刚石得 铝箔剪裁成圆片，进行叠层，形成铝与金刚石的层状组织结构。对制成的圆柱状坯体进行 刚模压制处理。对经过刚模压制处理的坯体进行进行热压，工艺参数为温度63(TC，压力 35MPa，保温时间7min，最后进行表面处理。 经上述工艺制备的铝_金刚石复合材料致密度高(相对密度100% )，金刚石颗粒 在横向向连续接触，组织均匀，物相稳定，金刚石颗粒连续接触的方向上导热性能优良，该 方向上的导热系数是与其垂直方向上导热系数的2.8倍以上。且高于纯铝材料。与其他方 法相比，其成本低廉。 实施例3 选取铝箔，金刚石颗粒为原料，将金刚石颗粒均匀涂洒在铝箔上，将其巻成圆柱 状，形成铝与金刚石的层状组织结构。对制成的坯体进行冷等静压，压力为200MPa ;对经过 冷等静压处理后的坯体进行放电等离子体烧结，烧结工艺为烧结温度60(TC，压力35MPa， 保温时间4分钟，最后进行表面处理。 由上述工艺制备的铝-金刚石复合材料致密度高，金刚石颗粒在轴向连续接触， 组织均匀，物相稳定，金刚石颗粒连续接触的方向上导热性能优良，该方向上的导热系数是 与其垂直方向上导热系数的3倍以上。且高于纯铝材料。与其他方法相比，其成本低廉。权利要求，其特征在于，包括以下步骤(1)以铝箔和金刚石颗粒为原料，在铝箔上均匀涂洒金刚石颗粒，将金刚石颗粒与铝箔规则排布，形成具有铝与金刚石的层状组织结构的坯体，在导热方向上使金刚石颗粒连续接触；(2)对上述制得的坯体采用冷等静压、软膜压制、刚模压制，轧制或挤压的方式进行致密化处理；(3)对致密化处理后的坯体，进行放电等离子体烧结、保护气氛烧结、真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高导热性铝－金刚石双相连续复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：　　（１）以铝箔和金刚石颗粒为原料，在铝箔上均匀涂洒金刚石颗粒，将金刚石颗粒与铝箔规则排布，形成具有铝与金刚石的层状组织结构的坯体，在导热方向上使金刚石颗粒连续接触；　　（２）对上述制得的坯体采用冷等静压、软膜压制、刚模压制，轧制或挤压的方式进行致密化处理；　　（３）对致密化处理后的坯体，进行放电等离子体烧结、保护气氛烧结、真空烧结、热压或热等静压处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾成厂，郭静，孙久姗，孙璐，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]