[发明专利]一种高导热高可靠性的金刚石/铝复合材料及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种高导热、高可靠、低成本的金刚石/铝复合材料及其制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：在金刚石粉表面镀上金属和陶瓷的混合膜，膜厚30～300nm；在灌装金刚石粉后的模具上，放置铝合金锭，在压强0.08～0.15MPa的氮气气氛中加热，得到金刚石/铝复合材料。本发明以金属和陶瓷混合膜的形式对膜层进行了优化，因而复合材料的耐候性更好，在湿热、冷热冲击等条件下不易发生衰减，产品热导率的衰减小于3％，这说明金刚石粉表面的金属和陶瓷混合膜可以起到抑制有害相碳化铝的生成，提高了材料服役的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种高导热、高可靠、低成本的金刚石/铝复合材料及其制备工艺。

背景技术

消费者的需求一直在推动着电子行业中新产品的设计，而电子行业也在对市场的期望作出响应，提供尺寸越来越小、功能却愈发强大的产品。对于进一步的微型化以及不断增强性能的需求，将以指数的方式提高功耗以及系统内部的发热。生成的极高热量对用户的健康以及产品的可靠性和性能都具有不利的影响，从而在所有的电子产品中都产生了对热管理的核心需求。尤其在以先进雷达为代表的国防电子科技产业和以新能源、大数据运算、5G通讯为代表的高科技民族产业这些关系到国计民生的产业中，对电子封装材料的要求越来越高。

金刚石铝复合材料以金刚石粉作为增强体，铝合金作为连续的基体，有机协调了金刚石和铝合金的导热性能、热膨胀系数和强度，不仅得到了比前几代电子封装材料更高的热导率，还得到了与半导体材料更加匹配的热胀系数，如能降低成本并提高生产效率，将在市场上成为极为有竞争力的电子封装材料。

这种复合材料通常采用气压浸渗技术制备，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。但是这种方法对设备要求高，也不易规模化生产，极大限制了复合材料的成本和生产效率。相比于压力浸渗工艺的金刚石铝复合材料，无压浸渗工艺由于无需加压，因此对设备要求低，炉腔利用率高，并可进行针对性设计，制备的金刚石铝复合材料具有成本低、效率高的突出优点，是更具优势的产业化技术方案。

中国发明专利ZL 201110194213.9公开了一种高体积分数金刚石/铝导热功能复合材料的制备方法，该专利采用盐浴镀膜法对金刚石颗粒镀Ti或Cr，获得0.1-0.3μm厚的镀层，再制成金刚石颗粒预制体，加入铝合金，在0.6-1.5MPa的氮气压力下，制得复合材料。此方法气压大，对设备要求高，同时易造成材料制备不均匀和致密度较差，导致材料性能不稳定。

发明内容

为了克服现有的金刚石/铝复合材料热导率不稳定的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种金属和陶瓷混合膜修饰的金刚石/铝复合材料的制备工艺。

本发明的另一目的在于提供由上述工艺制得的金刚石/铝复合材料。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种金刚石/铝复合材料的无压浸渗制备工艺，包括以下步骤：

(1)金刚石粉的表面处理

在金刚石粉表面镀上金属膜或二氧化硅膜，再置于真空条件下、1000-1350℃保温1.5-7.0h，生成金属和陶瓷混合膜，膜厚20～300nm；金刚石粉的表面处理是解决复合材料性能衰减的重要办法之一。

所述的金属膜，其种类包括Ti、W、Mo、Zr、Cr和Nb；

所述的陶瓷膜为碳化合物，其种类包括碳化钛、碳化钨、碳化钼、碳化硅、碳化铬、碳化锆和碳化钕；

镀膜方法可以采用磁控溅射、化学镀、化学气相沉积、溶胶凝胶和盐浴镀等现有技术的方法；