一种金刚石铝复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金刚石铝复合材料的制备方法，该方法通过将表面镀覆过渡层的金刚石颗粒与铝或铝合金粉末机械混合，得到均匀混合的粉末；或者将金刚石颗粒与添加有碳化物形成元素的铝合金粉末机械混合；将均匀混合的粉末装入模具内，在预设温度下，进行液相烧结，制备得到金刚石铝复合材料，具体的，由于在高于铝或铝合金熔点的温度下，通过真空低压液相烧结制备得到金刚石铝复合材料，可以有效降低烧结工艺中所需的压强，同时降低了模具的强度要求，从而可以规模化制造大尺寸金刚石铝复合材料，另外，采用本方法制备得到金刚石铝复合材料具备致密度高和热导率高的优点，且根据采用异形模具，可以直接制造出形状复杂的产品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金刚石铝复合材料制备，具体涉及一种金刚石铝复合材料的制备方法。

技术介绍

1、随着微电子技术的快速发展，电子器件正朝着微型化和高度集成化的方向转变。但随着设备性能的提升，其热流密度也在不断增加。如果不加以有效的管理，将对电子器件的稳定性、长期可靠性乃至整体性能造成严重的影响。传统的散热的材料如金属基散热片等，已无法满足现代电子设备对高效散热的需求。现代电子设备不仅要求散热材料具有更高的热导率，还要求这些材料能够在极其有限的空间内发挥效用，同时兼顾轻量化和成本效益。因此，探索和开发新型的高效热管理材料迫在眉睫。

2、金刚石以其卓越的导热性能而闻名，其热导率高达1000-2200 w/(m·k)，并且它的热膨胀系数仅为2.3×10-6k−1。因为金属铝质量轻，总含量丰富，目前已越来越多的应用于航空、建筑以及汽车三大产业。铝的密度较低，仅为2.7 g/cm3，熔点为660℃，热导率数值为237 w/(m·k)，且金属铝价格低廉，便于大规模生产。但金属铝的热膨胀系数较高，达到了23.5×10-6/k，作为电子封装材料使用时容易受热产生热应力使电子器件失效。金刚石铝复合材料结合了金刚石的高热导率和低热膨胀系数的优点，有望成为热管理领域的重要材料。

3、目前，主要制备的方法有真空热压烧结、放电等离子烧结、高温高压烧结以及熔体渗透技术等多种不同的制备技术。放电等离子烧结技术的核心在于通过瞬时高温放电，不仅促进了粉末颗粒间的结合，还显著提高了复合材料烧结效率，但制备的复合材料相对密度较低，且制备不了形状复杂的材料，只能制备单一片状材料。高温高压烧结是制备高性能复合材料的有效途径，尤其适用于那些要求材料在极端条件下保持稳定性和性能的应用场景，但是在尺寸和形状上可能存在一定的局限。真空热压烧结的真空环境可以有效地减少材料在加热过程中的氧化和其他可能的化学反应，从而保持材料的纯度和提高最终产品的性能。同时，施加的压力有助于减少孔隙，增加材料的密度，进一步提高材料的机械强度和其他物理性能。但此烧结方法不适宜于制备大尺寸产品，而且所需模具要求高、耗时长、生产效率较低、制备成本较高。熔体渗透技术可以在保证材料性能的同时，精确调控复合材料的微观结构，从而生产出了具有高热导率的金刚石复合材料，满足了现代工业对高性能材料的严苛要求。然而，制备过程相对复杂，需要预先制备金刚石坯体，而且要求精密的模具以及烧结设备的高标准配置。在反应进行中，金属熔化、熔体流动以及复合材料的凝固过程均需在精确控制之下，以确保最终产品的质量和性能符合预期标准。

技术实现思路

1、基于此，本专利技术实施例当中提供了一种金刚石铝复合材料的制备方法，旨在解决传统真空热压烧结工艺压强大，对模具强度要求高，无法规模化制造大尺寸金刚石铝复合材料的问题。

2、本专利技术实施例提供了一种金刚石铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、将表面镀覆有过渡层的金刚石颗粒与铝粉机械混合，得到均匀混合的第一粉末，其中，所述过渡层材料为碳化钼、碳化钨、碳化钛、碳化锆或碳化铬中的一种；

4、或者将金刚石颗粒与添加有碳化物形成元素硅或钛中的一种的铝合金粉末机械混合，得到均匀混合的第二粉末；

5、将均匀混合的粉末装入模具内，当均匀混合的粉末为第一粉末时，在高于铝熔点的温度下，进行液相烧结，制备得到金刚石铝复合材料；

6、当均匀混合的粉末为第二粉末时，在高于铝合金熔点的温度下，进行液相烧结，制备得到金刚石铝复合材料。

7、进一步的，温度为661℃~900℃，液相烧结采用的压头压力为0.2 mpa ~30 mpa，真空度为10-2pa ~10-3pa，保温时间为5 min ~ 90 min。

8、进一步的，所述金刚石颗粒的尺寸为30μm ~ 500μm。

9、进一步的，所述过渡层的镀覆厚度为20 nm ~2μm。

10、进一步的，金刚石颗粒占均匀混合的粉末的体积比为20%~70%。

11、进一步的，所述铝粉尺寸为3μm ~70μm。

12、与现有技术相比，实施本专利技术具有如下有益效果：

13、通过将金刚石颗粒的表面盐浴镀覆碳化物过渡层，并将镀覆有碳化物过渡层的金刚石颗粒与铝粉机械混合，得到均匀混合的粉末，所述过渡层为碳化钼、碳化钨、碳化钛、碳化锆或碳化铬中的一种；或者将金刚石颗粒与添加有碳化物形成元素硅或钛中的一种的铝合金粉末机械混合；将均匀混合的粉末装入模具内，在预设温度下，进行真空低压液相烧结，制备得到金刚石铝复合材料，具体的，由于在高于铝或者铝合金熔点的温度下，通过真空低压液相烧结制备得到金刚石铝复合材料，可以有效降低烧结工艺中所需的压强，同时降低了对模具的强度要求，从而可以规模化制造大尺寸金刚石铝复合材料，另外，采用本方法制备得到金刚石铝复合材料具备致密度高和热导率高的优点，且根据采用异形的模具，可以直接制造出形状复杂的产品。

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【技术保护点】

1.一种金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，烧结温度为661℃~900℃，液相烧结采用的压头压力为0.2 MPa ~30 MPa，真空度为10-2 Pa ~10-3 Pa，保温时间为5 min ~ 90 min。

3.根据权利要求1所述的金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述金刚石颗粒的尺寸为30μm ~ 500μm。

4.根据权利要求1所述的金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述过渡层的镀覆厚度为20 nm ~2μm。

5.根据权利要求1所述的金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，金刚石颗粒占均匀混合的粉末的体积比为20%~70%。

6.根据权利要求1所述的金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述铝粉尺寸为3μm ~70μm。

【技术特征摘要】

1.一种金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，烧结温度为661℃~900℃，液相烧结采用的压头压力为0.2 mpa ~30 mpa，真空度为10-2 pa ~10-3 pa，保温时间为5 min ~ 90 min。

3.根据权利要求1所述的金刚石铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述金刚石颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文俊，程振之，罗广圣，王子豪，肖世翔，赵新胜，周卫平，高飞，王圣明，许乐林，
申请(专利权)人：赣州金顺科技有限公司，
类型：发明
国别省市：