[发明专利]一种结合注射成形技术制备金刚石/铜复合材料的方法

说明书

一种结合注射成形技术制备金刚石/铜复合材料的方法，采用盐浴镀覆技术在金刚石表面镀覆一层均匀的Mo₂C用来改善金刚石与铜的润湿性，然后采用化学镀覆方法继续在Mo₂C层表面镀铜，通过控制镀液中Cu²⁺含量来控制镀铜层厚度，从而制备出含铜体积分数为1％～10％的双镀层Cu‑Mo₂C‑Diamond粉末。然后将定量的Cu‑Mo₂C‑Diamond粉末与多聚合物组元石蜡基粘结剂混合成均匀的喂料，制粒后在注射成形机上注射成形，所得预成形坯经过溶剂和热脱脂后高温下进行预烧结，将得到的坯体通过真空无压熔渗技术将铜液通过孔隙的毛细管作用渗透到金刚石骨架中，从而获得具有高体积分数的金刚石/铜复合材料零件。本发明可直接制备出具有复杂形状的Diamond/Cu复合材料零部件，金刚石体积分数高、组织均匀致密，可批量生产，生产成本低。

技术领域

本发明属于金属基复合材料零部件的成形技术，特别是提供了一种结合注射成形技术制备Diamond/Cu(金刚石/铜)复合材料的方法。实现了低成本、高性能金属基复合材料零部件的制备。

背景技术

热管理材料由于其高导热的特点,可以将高温度区域的热量迅速传递至低温区域,达到协调大功率器件与系统环境之间温差的目的。同时,通过热管理材料的高效导热,可以改善其与芯片材料热膨胀系数的不匹配问题。其中，颗粒增强铜基复合材料是热管理材料领域中研究最多、应用最广的一种复合材料。高体积分数(>50vol％)Diamond/Cu复合材料因其具有优异的物理和力学性能，优异的尺寸稳定性、可与Si、GaAs等半导体基片匹配的低线膨胀系数、远高于绝大多数复合材料的热导率，已成为最为理想的热管理材料之一，在航空、航天和国防等领域有着诱人的应用背景，因此，近年来该材料的研究一直是材料研究领域的一大热点。目前，制备高体积分数Diamond/Cu复合材料较成熟的方法主要有粉末冶金法和铜液熔渗法。传统的粉末冶金法采用简单的混粉－压形－烧结三步工艺，可以灵活地选择基体合金成分和增强体的类型，性能的可设计范围较大。但该方法生产Diamond/Cu最大体积分数仅为55％左右，并且生产效率低，生产成本高。铜液熔渗法可以制备出高体积分数的复合材料(可达70％)，该方法首先是将一定比例的金刚石微粉和成形剂(如石蜡、水等)通过粉末冶金模压技术制备出金刚石预成形坯，然后将成形剂脱除并进行预烧结制备出具有一定孔隙度的金刚石骨架，最后通过压力将Cu熔液渗入到金刚石骨架的孔隙中，从而制备出高体积分数的Diamond/Cu复合材料。由于该方法采用粉末冶金模压技术制备金刚石预成形坯，所以成形坯密度不均匀，零件的形状复杂程度也受到很大的限制。由于金刚石和Cu之间不湿润，即使采用各种形式的加压渗透技术也很难达到完全渗透，往往留下一定量的气孔。此外，基体中高体积分数的Diamond/Cu复合材料的机加工极其困难，成为该材料实际应用的瓶颈。本工艺针对这些缺点，采用Cu-Mo₂C-Diamond双镀层金刚石粉末注射成形与真空无压熔渗技术相结合的工艺能够制备出组织均匀、致密度高的高体积分数Diamond/Cu复合材料。其中金刚石表面的双镀层避免了熔渗过程中金刚石与铜液之间不润湿，使熔渗过程完全彻底不会残留气孔。此外，粉末注射成形工艺是一种近净成形工艺，因此可以直接制备出高体积分数金刚石/铜复合材料零件，从而彻底解决了Diamond/Cu复合材料零件的成形问题，使得高体积分数Diamond/Cu复合材料零件可以低成本连续化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合注射成形技术制备金刚石/铜复合材料的方法，能够低成本直接制备出具有最终形状和较高尺寸精度的高性能Diamond/Cu复合材料零件。