本发明专利技术涉及一种适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料及方法，属于热管理材料制备技术领域。该铜基复合材料由增强体和粘结剂经预制件的注射成形工艺，制成增强体预制件，其中增强体由一种或两种不同金刚石颗粒混杂组成；将熔融的铜液浇注在金刚石预制件上，其中铜基体为纯铜或铜合金，金刚石与铜基体的体积比为(50～75％)∶(50～25％)，经压力浸渗工艺制成。采用压力浸渗工艺制备的金刚石/铜复合材料可以适用于40～350K的较宽温区。本发明专利技术的金刚石铜复合材料在40～350K温度范围具有比钼铜、钨铜高的热导率，低的热膨胀系数，密度较小，是空间制冷环境用散热材料的良好选择。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，特别是适用于宽温度范围(40 350K)的高导热低膨胀金刚石/铜复合材料及其制备方法，属于热管理材料制备
技术介绍
热管理材料作为一种重要的功能材料，在装备制造，电子封装等领域有着重要的地位。随着技术的不断进步，对材料的要求越来越高，不仅要求材料在常温和日常环境条件下具有高的导热率，低的热膨胀系数等性能，而且要求材料在一些极端的环境条件下能满足使用要求，发挥稳定的性能。在航空航天，低温电子学，低温医学，高温超导等领域，要求材料在超低温下，或者在低温到高温的循环过程中能保持高的导热率，有效传递热量。传统的散热材料诸如纯铜，铝，以及合金等在常温下有高的导热率，但热膨胀系数较高，不利于与热沉组件良好接触，在长期的服役过程中发生热应力变形等失效行为。为了克服传统散热材料热膨胀系数较高的缺陷，研究人员开发了低热膨胀系数的W/Cu, Mo/Cu,以及铜基或铝基的复合材料，这类材料的导热率在200 300W/mK之间，热膨胀系数小，能与热沉组件良好匹配。但导热率较低，在一些热量集中的部位，散热能力有限，无法达到满意的效果。尤其在低温等特殊的应用环境下，材料性能出现了一些特殊的变化，应用受到了限制，也影响整个系统的性能稳定性。同时，在航空航天等尖端应用领域，对材料的可靠性要求极高，需要材料在保证良好性能的前提下，服役期间不发生组织破坏，性能下降等失效行为。为了解决以上问题，急需要一种导热率高，热膨胀系数适中，密度低的新型热管理材料，同时在保证以上性能的前提下，能够实现近终成型，后续加工简易方便的制备方法
技术实现思路
本专利技术为了解决目前所面临的问题，特别提出了一种适用于宽温度范围下的高导热金刚石/铜复合材料。本专利技术的适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料，其由增强体、粘结剂和铜基体组成，所述的增强体为一种或两种不同的金刚石颗粒，所述的铜基体为纯铜或铜合金，增强体与粘结剂的体积比为(50 75%): (50 25%)，增强体与铜基体的体积比为(50 75% ): (50 25% )。上述适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料由金刚石增强体和粘结剂制成预制件，将铜基体熔融后浇注在预制件上，经压力浸渗工艺制成。该材料在较宽的温度范围内能保持较高的导热率，所适用的温度范围为40 350K，导热率能保持在500W/m.K以上。铜基体中，纯铜可为电解铜，铜合金可为在纯铜中加入钛、铬、硼、锰、铁、钴和镍等中的一种或几种元素的合金。所述金刚石颗粒为未镀覆金刚石颗粒，镀钛、铬或铜金属层金刚石颗粒，或表面粗化处理的金刚石颗粒。不同的金刚石颗粒包括在粒径、晶型或品级三个方面不同。金刚石颗粒的粒径尺寸优选为50 500 μ m，晶型有正八面体、六八面体和方形金刚石，品级有MBD6、MBD8、MBD10.MBD12 等。所述粘结剂可为石蜡基粘结剂，且增强体与粘结剂的体积比更优选地为(60 75% ): (40 25% )。本专利技术还提供了一种能适用于宽温度范围(40 350K)高导热的金刚石/铜复合材料的制备方法。该铜基复合材料由金刚石增强体和粘结剂经预制件的注射成形工艺，制成增强体预制件，将熔融的铜液浇注在增强体预制件上，经压力浸渗工艺制成。本专利技术适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料的制备方法，包括如下步骤:(I)预制件的成型工艺:a.将增强体和粘结剂按照体积比为(50 75% ): (50 25% )配制，混合均匀，所述的增强体为一种或两种不同的金刚石颗粒；b.将混合均匀的粉末在压机上制备出预制件坯体；c.将预制件坯体在1000 1200°C的氢气气氛下进行脱脂，得到预制件；(2)压力浸渗工艺a.将预制件放入石墨模具中，装入压力浸渗炉中抽真空，同时升温；b.当压力浸渗炉中真空度达到0.01 IPa，温度升至1000 1200°C时，将铜基体熔融，倒入石墨模具中，压渗金属；所述的铜基体为纯铜或铜合金，增强体与铜基体的体积比为(50 75%): (50 25%);c.随炉冷却，脱模。铜基体中，纯铜可为电解铜，铜合金可为在纯铜中加入钛、铬、硼、锰、铁、钴和镍等中的一种或几种元素的合金。所述金刚石颗粒为未镀覆金刚石颗粒，镀钛、铬或铜金属层金刚石颗粒，或表面粗化处理的金刚石颗粒。不同的金刚石颗粒包括在粒径、晶型或品级三个方面不同。金刚石颗粒的粒径尺寸优选为50 500 μ m，晶型有正八面体、六八面体和方形金刚石，品级有MBD6、MBD8、MBD10.MBD12 等。所述粘结剂可为石蜡基粘结剂，且增强体与粘结剂的体积比更优选地为(60 75% ): (40 25% )。压渗金属时，加压，压力渗金属液至金刚石预制件中；压力为20MPa 5.5GPa，保压时间为5 10分钟。本专利技术的优点:(I)本专利技术中金刚石/铜复合材料的导热率比现有铝基复合材料，W/Cu, Mo/Cu等高，另外材料本身密度小，热膨胀系数低，满足了空天材料轻质的要求，降低了装配过程中由于热膨胀系数较大引起的热应力变形失效，此类金刚石/铜基复合材料将广泛地应用于低温制冷，高温超导等领域。(2)本专利技术中所使用金刚石增强体具有不同的粒径，晶型，品级搭配，可以根据具体需求，灵活选用搭配，制备不同性能需求的金刚石/铜复合材料，实现了材料不同性能要求的可设计。(3)本专利技术中采用压力浸渗工艺，可以根据需求灵活选用模具，制备不同尺寸产品，也可以采用近终成型方法，直接获得所需产品形状，减少了后续加工工序。本专利技术的铜基复合材料由增强体和粘结剂经预制件的注射成形工艺，制成增强体预制件；将熔融的铜基体浇注在金刚石预制件上，经压力浸渗工艺制成。采用压力浸渗工艺制备的金刚石/铜复合材料可以适用于40 350K的较宽温区。本专利技术的金刚石铜复合材料在40 350K温度范围具有比钥铜、钨铜高的热导率，低的热膨胀系数，密度较小，是空间制冷环境用散热材料的良好选择。附图说明图1为适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料的制备过程流程图。具体实施例方式下面通过具体实施方式与附图对本专利技术做进一步详细描述，以期能更好的说明本专利技术的特点，但并不意味着 对本专利技术保护范围的限制。如图1所示，为本专利技术适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料的制备过程流程图。包括如下步骤:将单一金刚石或混杂金刚石颗粒和粘结剂在混料机上混料，然后在压机上压制预制件坯体，将预制件坯体在1000 1200°C的氢气气氛下脱脂，装入模具腔，抽真空，升温，真空度达到0.01 IPa，温度升至1000 1200°C时，浇注熔融铜基体，20MPa 5.5GPa下压渗，然后脱模，取出样品。金刚石颗粒和粘结剂的体积比为(50 75% ): (50 25% )，其中金刚石增强体粒径尺寸为50 200 μ m,晶型有方形，正八面体，六八面体等，品级有MBD6，MBD8，MBD10，MBD12等；所述金刚石颗粒为未镀覆颗粒；或镀钛，铬，铜金属层颗粒；或表面粗化处理金刚石颗粒。铜基体为电解铜或铜中加入钛，铬，锰，铁，钴，镍等一种或几种合金元素的合金，且增强体与铜基体的体积比为(50 75% ): (50 25%)实施例1:原料:金刚石粒径200 μ m,晶型:六八面体,铜基体:CuCr (Crlwt % )。将本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于宽温度范围的高导热金刚石/铜复合材料，其特征在于：其由增强体、粘结剂和铜基体组成，所述的增强体为一种或两种不同的金刚石颗粒，所述的铜基体为纯铜或铜合金，增强体与粘结剂的体积比为50～75％∶50～25％，增强体与铜基体的体积比为50～75％∶50～25％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏，尹法章，王光宗，张习敏，范叶明，韩媛媛，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
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。