【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于金屬基復(fù)合材料，公開(kāi)了一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子器件開(kāi)始逐漸趨于小型化與高集成，但隨著器件體積的不斷減小，對(duì)應(yīng)的熱流密度卻大幅提升。電子封裝材料作為集成電路的重要組成部分之一，可對(duì)器件起到支撐、保護(hù)與散熱的作用。
2、金剛石憑借著在室溫下可達(dá)2200w/(m·k)的熱導(dǎo)率與0.8×10-6/k的熱膨脹系數(shù)，且不存在各向異性的特點(diǎn)，是第四代電子封裝材料研究的熱點(diǎn)之一。但是，金剛石受到表面特殊性的影響，其化學(xué)惰性常導(dǎo)致顆粒與金屬基體間的潤(rùn)濕性較差。復(fù)合材料界面間的結(jié)合效果不佳，會(huì)使界面處存在較高的界面熱阻，從而影響材料整體的熱導(dǎo)率。因此，優(yōu)化金剛石與金屬基體之間的界面結(jié)合情況成了改善復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵因素之一。
3、當(dāng)前，有研究表明金剛石/金屬基復(fù)合材料表面的粗糙程度對(duì)體系熱導(dǎo)率的影響至關(guān)重要，且通過(guò)基體合金化與表面鍍層可改善金剛石與金屬基體之間的界面結(jié)合能力。在金剛石表面鍍覆金屬層或碳化物可調(diào)節(jié)界面的結(jié)構(gòu)、改善粘結(jié)效果，但是鍍層的厚度通常是通過(guò)理論計(jì)算所得，在實(shí)驗(yàn)中難以保證金剛石顆粒鍍層的均勻性與完整性，并且漏鍍會(huì)使金剛石表面產(chǎn)生高熱阻區(qū)域，從而降低復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。另外，鍍層的制備工藝較為復(fù)雜，在簡(jiǎn)單的物理結(jié)合后還需經(jīng)過(guò)退火處理，工藝繁瑣且成本較高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)為解決金剛石與金屬基體之間潤(rùn)濕性較差的問(wèn)題，提出了一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案：
3、一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
4、將金剛石顆粒進(jìn)行預(yù)處理備用，硝酸鈉進(jìn)行熔融處理；
5、將預(yù)處理后的金剛石顆粒加入熔融的硝酸鈉中進(jìn)行保溫刻蝕，隨后冷卻至室溫，對(duì)金剛石顆粒進(jìn)行洗滌、烘干；
6、刻蝕后的金剛石顆粒與金屬粉混合，并置于真空惰性氣氛中熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)后冷卻至室溫得到金剛石/金屬基復(fù)合材料。
7、以體積分?jǐn)?shù)計(jì)，金剛石顆粒占比為50vol％～55vol％，金屬粉占比為45vol％～50vol％。
8、所述金屬為銅粉或鋁粉。
9、所述銅粉的粒徑為50～75μm；鋁粉粒徑為100～150μm。
10、所述金剛石顆粒的粒徑為220～250μm。
11、所述保溫刻蝕，保溫時(shí)間為10～15min。
12、所述熱壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度為700～750℃，升溫速率為8～10℃/min，保溫時(shí)間為20～40min。
13、所述熱壓燒結(jié)的熱壓壓力為20～30mpa。
14、所述真空惰性氣氛，具體為將真空熱壓爐的氣壓抽至30～50pa，再充入惰性氣體使真空壓力穩(wěn)定在1.3×103pa～1.5×103pa。
15、采用上述制備方法制得的刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料，在室溫下的熱導(dǎo)率達(dá)到500w/(m·k)以上。
16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果在于：
17、本專利技術(shù)采用常壓熔鹽法刻蝕金剛石顆粒，熔融硝酸鈉產(chǎn)生的活性氧原子與金剛石顆粒表面的碳原子形成碳氧鍵，金剛石表面的碳碳鍵斷裂，氧化還原生成二氧化碳，以此對(duì)金剛石表面進(jìn)行刻蝕。熔鹽刻蝕增大了金屬基體與金剛石之間的界面耦合面積，不僅改善了傳熱載流子的有效耦合次數(shù)，還為熱量的傳遞提供了更多的傳熱通道；以表面刻蝕的金剛石為增強(qiáng)相，借助真空熱壓燒結(jié)技術(shù)將高純的金屬粉壓入刻蝕坑內(nèi)，在減少?gòu)?fù)合材料內(nèi)部孔隙的同時(shí)，提高熱量傳遞效率。本專利技術(shù)制備的刻蝕金剛石工藝簡(jiǎn)單、成本低且效率高，且通過(guò)真空熱壓燒結(jié)技術(shù)得到的金剛石增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)與強(qiáng)度，熱導(dǎo)率達(dá)到了500w/(m·k)以上，熱膨脹系數(shù)最高可達(dá)到9.06×10-6/k；抗彎強(qiáng)度最高可達(dá)到406mpa，可用作電子封裝用熱管理材料，市場(chǎng)前景廣泛。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，以體積分?jǐn)?shù)計(jì)，金剛石顆粒占比為50vol％～55vol％，金屬粉占比為45vol％～50vol％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述金屬為銅粉或鋁粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述銅粉的粒徑為50～75μm；鋁粉粒徑為100～150μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述金剛石顆粒的粒徑為220～250μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述保溫刻蝕，保溫時(shí)間為10～15min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述熱壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度為700～750℃，升溫速率為8～10℃/min，保溫時(shí)間為20～4
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述熱壓燒結(jié)的熱壓壓力為20～30MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述真空惰性氣氛，具體為將真空熱壓爐的氣壓抽至30～50Pa，再充入惰性氣體使真空壓力穩(wěn)定在1.3×103Pa～1.5×103Pa。
10.采用所述權(quán)利要求1～9任意一項(xiàng)制備方法制得的刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料，其特征在于，在室溫下的熱導(dǎo)率達(dá)到500W/(m·K)以上。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，以體積分?jǐn)?shù)計(jì)，金剛石顆粒占比為50vol％～55vol％，金屬粉占比為45vol％～50vol％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述金屬為銅粉或鋁粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述銅粉的粒徑為50～75μm；鋁粉粒徑為100～150μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述金剛石顆粒的粒徑為220～250μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕金剛石合成金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊博，南福東，張兆瑞，夏思雨，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。