[发明专利]一种金刚石-金属基复合导热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金刚石‑金属复合导热材料及其制备方法，所述材料包括金属基体和多层级配的金刚石粉体层；所述金刚石粉体层状排列，与所述金属基体紧密结合；金刚石粉体体积分数在55％至85％之间；所述金刚石粉体层包括第一金刚石粉体层，粒径规格在8目至50目之间，优选在15目至30目之间。其制备方法包括(1)金刚石‑金属基层状复合体的制备；(2)真空热压法烧结。所述材料导热性能和力学性能都有显著提高，所述方法生产工艺简单，设备简单，生产效率高，可重复性好。

技术领域

本发明属于导热复合材料领域，更具体地，涉及一种金刚石-金属复合导热材料。

背景技术

随着电子元器件不断小型化、集成化，单位面积产生的热量越来越多，对与之相配套的热管理材料提出了更高的要求。金刚石/金属基复合材料以其轻质、高导热、可控热膨胀系数受到国内外广泛的关注。

目前，国内关于金刚石-金属基复合材料相关成果较多，但大部分仅限于实验室研究阶段，材料的工程化和大批量制备存在较大的难度。主要原因除了金刚石的难加工因素之外，还存在如下两方面的问题：

一方面，现有的金刚石-金属复合材料的制备方法存在各自的缺陷。尽管可以通过调整工艺来达到最优的性能参数，但是在工程化应用方面仍然存在各自的局限性。现有研究表明，采用常规热压法制备的复合材料，尽管进行了一定的颗粒级配，但由于无法控制金刚石的分布，导致最终制备出但是在工程化应用方面仍然存在各自的局限性。现有研究表明，采用常规热压法制备的复合材料，尽管进行了一定的颗粒级配，但由于无法控制金刚石的分布，导致最终制备出的复合材料中金刚石体积分数仍然较低，且孔隙率较高，使得热膨胀系数和导热性能的可调范围有限，且复合材料表面光洁度差、不能做到完全致密。压力浸渗法可以制备相对致密的材料，但在铝水流动性的带动下，金刚石颗粒在制备过程中会有所移动，使得复合材料的均匀性和一致性无法保证，可重复性无法保证。挤压铸造法又存在制备过程中金刚石与金属液接触时间短，界面润湿性差等问题。

另一方面，金刚石与铝高温下易反应生成Al₄C₃相，与铜高温下润湿性较差，影响复合材料的界面结合强度以及相对密度，一个较为有效地解决方式是金刚石粉体表面改性。但目前较多的工艺是在经金刚石表面引入钨、格、钼、钛等元素，但一般镀层工艺很难保证金刚石粉体表面涂层厚度的均匀性，而且采用上述涂层金刚石粉体制备的金属基复合材料热导率极易受涂层厚度的影响，导致复合材料热导率变化较大，存在很大的不可重复性，难以获得稳定的高导热金刚石-金属复合材料。

另外，在金刚石-铝金属复合材料的加工过程中，由于金刚石在复合材料中分布不均的问题，复合材料加工后粗糙度较大，对后续焊接工艺产生很大的影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种金刚石-金属基复合导热材料及其制备方法，其目的在于通过对金刚石颗粒在复合材料内的排布进行设计，并改进制备工艺实现金刚石粉体层状排列、金属铝填补层状及上下空隙的类三明治结构金刚石-金属基复合导热材料，导热性能大幅提高，由此解决现有金刚石复合材料制备过程中的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种金刚石-金属复合导热材料，包括金属基体和多层级配的金刚石粉体层；所述金刚石粉体层状排列，与所述金属基体紧密结合；金刚石粉体体积分数在55％至85％之间；

所述金刚石粉体层包括第一金刚石粉体层，粒径规格在8目至50目之间，优选在15目至30目之间。

优选地，所述金刚石-金属复合导热材料，其所述金刚石粉体层包括第二金刚石粉体层，其粒径与第一金刚石粉体层的金刚石粉体粒径之比在1:2至1:5之间。

优选地，所述金刚石-金属复合导热材料，其所述第二金刚石粉体层和第一金刚石粉体层的金刚石粉末质量比在1:1.5至1:5之间。