【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高导热粉体材料，特别是涉及一种金刚石铜高导热粉体材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、金刚石是自然界中热导率(600～2200w·m-1·k-1)最高的材料，而且具有较低的热膨胀系数(1.0×10-6k-1)和较低的密度(3.52g/cm3)。因此，金刚石作为增强相与铜、铝等金属复合可以得到高热导率、低热膨胀系数的导热复合材料。金刚石也是已知的硬度最高的材料，摩氏硬度达到10，其加工方式目前多以增材制造为主。
2、由于金刚石与铜相互浸润效果差，粉末状态下仅通过混料搅拌无法达到理想的分散效果，在高导热零件后续的增材制造（热压烧结、选区激光熔覆等工艺）中无法达到突破的更高热导率，目前大约停留在650w/(m·k)左右，其中一个很关键的因素在于金刚石与铜的粉末无法形成结合力，因此需要在金刚石与铜之间形成一个中间层。
3、目前主要采用的方式之一是通过真空镀膜的磁控溅射工艺在金刚石表面镀覆碳化物金属材料作为中间层，但磁控溅射设备价格昂贵，生产能耗高，短时间内无法形成大规模量产。且由于金刚石微粉颗粒尺寸太小（粒径在50μm以下），磁控溅射法无法对小颗粒金刚石微粉进行完整且有效的镀覆，很容易出现漏镀现象，从而影响镀层的连续性以及后续铜镀层的质量，为了确保产品品质稳定需要多次镀覆，大大降低了生产效率。例如，中国专利公开号cn111889676a公开了一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，其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。采用在制备镀覆后的金刚石粉末时采
4、目前通过以上工艺生产的金刚石铜复合材料热导率基本在650 w/(m·k)左右，一个主要原因是现有工艺制作的金刚石铜微粉通过近净成型制成工件的过程中需要再与铜粉进行一定比例的混合，导致金刚石铜微粉颗粒之间分散不均匀，且铜粉的比重远高于金刚石铜粉，在烧结过程中会产生一定比例的比重偏析现象，从而影响制成工件内部热导率的一致性，制约了热导率得到更高的突破。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有技术中存在的问题，提出一种金刚石铜高导热粉体材料及其制备方法与应用，本专利技术采用化学镀的方式在使镍或铜金属完全包裹住单颗金刚石颗粒，然后在金属化的金刚石颗粒上通过电沉积的方式形成致密的纯铜镀层，纯铜镀层在高温下可以作为金刚石颗粒间的粘结剂，使之以相对固定的间隔进行排布，有效的形成分散，无需再添加铜粉进行混料，从而使得在后续导热器件制作的过程中，不论是激光熔覆、注塑挤出还是热压烧结，均匀分布的金刚石铜微粉颗粒可以保证制成器件内部热导率的一致性，极大的避免在器件内部出现局部热导率偏低，从而降低器件整体导热率的问题。前处理过程中，使用钯还原剂实现金刚石与镍或铜金属更好的形成致密连续的中间镀层，避免产生漏镀；通过控制电沉积铜的增重率来实现金刚石与铜的体积分数的调整，使得后续导热器件加工中无需再添加铜粉进行混料，从而使得制成的工件中内部热导率保持一致；通过此工艺生产的金刚石铜微粉可以在后续导热器件制作过程中无需添加铜粉混料，实现不低于850 w/(m·k)的热导率，致密度大于99%。生产此粉体的此套工艺生产设备相对简单，可迅速实现批量化生产，产品品质更易把控。
2、本专利技术是这样实现的，一种金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，包括如下步骤：
3、s1、将金刚石微粉进行前处理，依次包括：除油、粗化、敏化、钯活化、钯还原；
4、其中，金刚石微粉粒径为5-150μm；
5、s2、将前处理后的金刚石微粉进行化学镀处理，使金刚石微粉金属化；
6、其中，化学镀处理后的增重率为3%-30%，化学镀的镀层厚度为0.05-0.5μm；化学镀处理为化学镀镍或者化学镀铜；
7、s3、将金属化的金刚石微粉通过电沉积法镀铜，得到金刚石铜高导热粉体；
8、其中，电沉积法镀铜的镀层厚度为0.5-15μm，镀覆后金刚石铜微粉中金刚石与铜的体积分数比为70%-80%：20%-30%。
9、在上述技术方案中，优选的，金刚石微粉前处理的具体步骤如下：
10、除油：将金刚石微粉置入100g/l碱性化学除油剂中，加热至55-65℃，超声波搅拌浸泡 10-30分钟，然后使用去离子水洗净；
11、粗化：将完成除油的金刚石微粉置入粗化液中，常温搅拌浸泡 50-60分钟，在此期间进行两次超声波净化，每次超声波净化5-7分钟，然后使用去离子水洗净；粗化液为200ml/l硝酸（hno3）和50g/l氯化铵（nh4cl）混合液；
12、敏化：将完成粗化的金刚石微粉置入敏化液中，常温搅拌浸泡15-20分钟，然后使用去离子水洗净；敏化液为50ml/l盐酸（hcl）和20g/l氯化亚锡（sncl2）的混合液；
13、钯活化：首先配制钯溶液，再将钯溶液稀释为离子钯活化液，将完成敏化的金刚石微粉常温搅拌浸泡4-8分钟，使用去离子水洗净；钯溶液为1g/l氯化钯（pdcl2）和50ml/l盐酸（hcl）的混合液，离子钯活化液为100 ml/l钯溶液和20ml/l盐酸（hcl）的混合液；
14、钯还原：将完成钯活化的金刚石微粉加入钯还原剂，加热至60-70℃，保温1小时再搅拌浸泡1.5小时，之后持续搅拌等待温度降低至 40-45℃，使用去离子水洗净，备用；钯还原剂为甲醛、乙醇、次磷酸钠中的一种或两种的组合与去离子水的混合液。
15、在上述技术方案中，优选的，前处理后的金刚石微粉进行化学镀镍处理的具体步骤如下：
16、配制化学镀镍溶液：以每升去离子水为基准，加入硫酸镍（niso4）25g/l，苹果酸（c4h6o5）5.4g/l，丁二酸（c4h6o4）12.3g/l，柠檬酸（c6h8o7）25g/l，次磷酸钠（nah2po2）35g/l，硫脲（ch4n2s）1.5mg/l，控制溶液ph值为4.5-5；
17、将完成前处理的金刚石微粉先加入到 1/2体积的化学镀镍溶液中，温度控制在55-60℃，缓缓搅拌至粉体颜色由浅黄色逐渐变深，逐渐产生大量气泡，当粉体颜色呈现黑色，继续搅拌，用计量泵连续补加余下1/2体积的化学镀镍溶液，溶液补加完成后，将溶液加热至60-65℃使溶液充分反应，保温30分钟后，溶液自然冷却至40-45℃之后停止搅拌，静置沉降后将化学镀镍后的金刚石微粉用去离子水洗净。
18、在上述技术方案中，优选的，前处理后的金刚石微粉进行化学镀铜处理的具体步骤如下：
19、配制化学镀铜溶液：以每升去离子水为基准，加入硫酸铜（cuso4·5h2o）6g/l，柠檬酸钠（na3c6h5o7·2h2o）15g/l，次磷酸钠（nah2po3·h2o）28g/l，硼酸（h3bo3）30g/l，硫酸镍（niso4·7h2o）0.5g/l，硫脲（ch4n2s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，金刚石微粉前处理的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，前处理后的金刚石微粉进行化学镀镍处理的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，前处理后的金刚石微粉进行化学镀铜处理的具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，在金属化的金刚石微粉表面通过电沉积法镀铜的具体步骤如下：
6.根据权利要求5所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，当电镀液为HEDP镀铜溶液时，溶液温度控制在35℃-50℃；当电镀液为硫酸盐镀铜溶液时，溶液温度控制在15℃-25℃。
7.根据权利要求5所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，HEDP镀铜溶液的配制：
8.根据权利要求5所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，硫酸
9.一种金刚石铜高导热粉体材料，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制得，金刚石铜高导热粉体由内至外依次为金刚石层、化学镀镍层或化学镀铜层、电镀铜层。
10.一种根据权利要求9所述的金刚石铜高导热粉体材料的应用，其特征在于，金刚石铜高导热粉体应用于粉末冶金、增材制造。
...【技术特征摘要】
1.一种金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，金刚石微粉前处理的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，前处理后的金刚石微粉进行化学镀镍处理的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，前处理后的金刚石微粉进行化学镀铜处理的具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的金刚石铜高导热粉体材料的制备方法，其特征在于，在金属化的金刚石微粉表面通过电沉积法镀铜的具体步骤如下：
6.根据权利要求5所述的金刚石铜高导热粉体材料的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞山，
申请(专利权)人：天津市镍铠表面处理技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。