[发明专利]一种超高热导率金刚石颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，提供了一种超高热导率金刚石颗粒增强铝基复合材料的制备方法。采用粒径为403～860μm单一粒径金刚石颗粒装填或者粒径为57～97μm较小金刚石颗粒与粒径为403～860μm较大金刚石颗粒的双粒径金刚石颗粒共同装填，利用气压浸渗法在750～800℃温度、0.5～2.0MPa压力和5～30min保压时间下制备金刚石/铝复合材料。本发明所制得的金刚石/铝复合材料具有优异的导热性能并且具有较小的密度，热导率高达1035W/mK，密度小于3.33g/cm³，可满足航空航天领域大功率器件散热对高导热及轻量化热管理材料的迫切需求。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种超高热导率金刚石颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子技术的不断发展，电子元器件的集成度不断提高、功率密度不断增大，器件常因散热效率不高而导致失效。常用的电子封装材料如Al、Cu等金属虽然具有较高的热导率，但是热膨胀系数很大，与半导体芯片的热膨胀系数不匹配，在工作中由于温度变化产生热应力而导致器件失效；Kovar、Invar、W-Cu、SiC_P/Al等电子封装材料具有低的热膨胀系数，但是热导率也较低，不能满足高功率电子器件的散热需求，因此急需发展新一代的高导热电子封装材料。金刚石的热导率高达2000W/mK，热膨胀系数仅为0.8×10^-6/K，金刚石颗粒增强金属基复合材料具有较高的热导率、可调配的热膨胀系数以及可靠的机械性能，因此成为新一代电子封装材料的研究热点。

金刚石颗粒增强铝基(金刚石/铝)复合材料是研究热点之一。文献采用放电等离子烧结、真空热压烧结、压力浸渗、气压浸渗等不同方法制备金刚石/铝复合材料，其中放电等离子烧结和真空热压烧结技术难以制备出高致密度、高金刚石体积分数和复杂形状的复合材料部件，所制备的金刚石/铝复合材料热导率为321～599W/mK[1,2]；压力浸渗虽然工艺流程简单、成本较低，但是制备出的复合材料热导率较低[3,4]；气压浸渗制备的金刚石/铝复合材料热导率可达760W/mK[5]，为文献报道最高值。目前，用于制备金刚石/铝复合材料的金刚石颗粒粒径小于400μm，金刚石体积分数低于70％，复合材料热导率远低于金刚石热导率，因此金刚石/铝复合材料的热导率仍有很大的提升空间。本发明提出使用粒径超过400μm金刚石颗粒以及双粒径金刚石颗粒混合物作为增强相提高金刚石体积分数，并利用气压浸渗法制备复合材料，突破了金刚石/铝复合材料热导率的文献报道最高值，获得具有超高热导率和低密度的金刚石/铝复合材料，有力推动金刚石/铝复合材料在热管理材料领域的应用。

【参考文献】

[1]Z.Q.Tan,Z.Q.Li,G.L Fan,et al.Fabrication of diamond/aluminumcomposites by vacuum hot pressing:process optimization and thermalproperties,Composites Part B:Engineering,2013,47:173-180.

[2]Z.Q.Tan,Z.Q.Li,G.L Fan,et al.Enhanced thermal conductivity indiamond/aluminum composites with a tungsten interface nanolayer,MaterialsDesign,2013,47:160-166.

[3]P.W.Ruch,O.Beffort,S.Kleiner,et al.Selective interfacial bondingin Al(Si)-diamond composites and its effect on thermal conductivity,Composites Science and Technology,2006,66:2677-2685.