[发明专利]一种金刚石/铝复合材料及其低成本制备方法

说明书

一种金刚石/铝复合材料及其低成本制备方法，涉及一种金刚石/铝复合材料及其制备方法。本发明为了解决现有技术制备的金刚石/铝复合材料的会产生有害界面反应物、热导率低和制备成本高的问题。金刚石/铝复合材料由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中。制备：一、近净成型模具准备；二、金刚石粉的表面镀膜处理；三、气压浸渗准备；四、气压浸渗；五、脱模。本发明方法得到的金刚石/铝复合材料的致密度达99.8％以上，制备方法节省了铝金属，提高了金刚石粉与铝金属的界面结合强度，解决了解决现有金刚石/铝复合材料热导率低的问题。本发明适用于制备金刚石/铝复合材料。

技术领域

本发明涉及一种金刚石/铝复合材料及其制备方法

背景技术

近几年电子行业的迅猛发展使得电路的功耗越来越大，这严重提高了芯片等关键电子元器件的可靠性和寿命的要求。在电子通信领域，芯片的功耗几乎以每年50％以上的速度进行增长。现有的用于导热的电子封装材料如钼铜、钨铜和碳化硅铝等材料已经越来越难以满足行业需求，甚至已经是制约行业发展的瓶颈问题。而金刚石/铝复合材料的导热性能是钼或铜导热率的2倍以上，并且具有适当的热膨胀系数，开始越来越受到电子行业的关注。但是市场上几乎没有成熟的金刚石/铝复合材料可供选择，原因是高昂的价格高，因此开发一种低成本高生产效率的金刚石/铝复合材料的制备方法是非常必要的；

金刚石/铝复合材料的制备方法分为固态法和液态法，固态法包括放电等离子烧结和真空热压，液态法包括无压浸渗、气压浸渗和挤压铸造；

气压浸渗技术(GPI)是制备金属基复合材料的常用技术之一，特点是真空环境、气体压力浸渗、高于合金熔点的浸渗温度和随后的缓慢炉冷。优点是可实现压力和温度的连续变化，缺点是对设备要求高，生产效率低下，制备成本高。GPI可实现金刚石与液态铝合金的充分接触，有利于强化界面结合，制备的金刚石/铝复合材料通常具有优异的性能。气压浸渗工艺参数对金刚石/铝复合材料界面结构和热导率的影响十分显著。随浸渗温度提高和接触时间增加，金刚石(111)晶面的反应被激活，而且(100)晶面和(111)晶面反应差异性逐渐降低，气压浸渗制备的复合材料的热导率达670W/(m·K)。在此基础上，提高浸渗温度、压力和接触时间可以促进金刚石与铝扩散反应的动力学，改变界面微观结构，对复合材料的热导率产生强烈影响。但是复合材料的热导率并会不随界面反应的增多而单调提高，熔融铝与金刚石发生反应在界面处生成Al₄C₃，Al₄C₃在潮湿环境中会发生水解，进而导致金刚石铝复合材料的热导率和强度下降；并且气压浸渗制备技术难以实现连续生产，这导致很难降低其制备成本，制约了技术的应用。

发明内容

本发明为了解决现有技术制备的金刚石/铝复合材料的会产生有害界面反应物、热导率低和制备成本高的问题，提出一种金刚石/铝复合材料及其低成本制备方法。

一种金刚石/铝复合材料，由铝金属和带有镀膜层的金刚石粉组成，铝金属填充在带有镀膜层的金刚石粉的间隙中；

所述铝金属为纯铝或铝合金；所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的混合物；

所述带有镀膜层的单晶金刚石粉的镀膜层为一层或者两层以上；

所述镀膜层的材质为Ti、Cr、W、Mo或Zr；

所述镀膜层的厚度为30～500nm；

所述金刚石粉的粒径为10～300μm；

所述金刚石/铝复合材料中金刚石粉的体积分数为61％～70％；

所述金刚石粉为单晶金刚石粉；