[发明专利]一种利用基体合金化法制备Cu-Zr/Diamond铜基复合材料的方法

说明书

本发明提供了一种利用基体合金化法制备Cu‑Zr/Diamond铜基复合材料的方法，属于铜基复合材料技术领域；该铜基复合材料由30～50％的Cu‑Zr合金和50‑70％的金刚石颗粒组成；具体制备方法为：制备Cu‑Zr合金粉末；将Cu‑Zr合金粉末和纯金刚石粉末在具有氩气保护的混料机中充分混合；在模具中对上述混合粉末进行预压制预烧结；最后在热压烧结炉中采用热压烧结的方式制备Cu‑Zr/Diamond铜基复合材料；本发明独特的复压复烧工艺，利用二次加热的方法，避免高温下长时间加热，降低了高温下金刚石表面石墨化的风险，为界面形成完美的ZrC过渡层提供保障。

技术领域

本发明涉及铜基复合材料技术领域，具体涉及一种利用基体合金化法制备Cu-Zr/Diamond铜基复合材料的方法。

背景技术

随着下一代集成电路、高功率通讯器件的发展，对热管理材料的要求也越来越严格，因此有效的散热称为现代电子、光电、电子器件可靠性的关键问题。金刚石-铜基复合材料主要用于电子封装基板、散热片和热沉，最大特点是用于极高功率密度、极高散热要求的电子器件。因此，在大功率RF、LD、LED和集成电路封装的长期市场有巨大的市场潜力和广阔的应用前景。

常用的制备金刚石-铜复合材料的方法是利用金刚石表面金属化的方法对界面结合性能进行改善。金刚石表面金属化的方法主要是通过一些途径对金刚石表面覆盖一层涂层，主要形成的有Cr层、Ti层、Mo层、Zr层等。多数Diamond-Cu厂商采用镀层的方法，主要有磁控溅射、熔盐法、真空蒸镀等技术，该制备方法工艺复杂，成本较高，从而限制了该材料的广泛使用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种利用基体合金化法制备Cu-Zr/Diamond铜基复合材料的方法；本发明利用基体合金化的方法在金刚石表面形成一层ZrC过渡层，利用用铜基体金属化的方法，在铜基体中引入合金元素，后续的热压烧结可以促进金属和增强体之间的相互扩散，有利于界面结合的改善，促进复合材料致密化和界面强度的提升。

本发明的技术方案为：一种利用基体合金化法制备Cu-Zr/Diamond铜基复合材料的方法，所述铜基复合材料组成和体积百分比含量为：30～50％的Cu-Zr合金和50-70％的金刚石颗粒，其中，金刚石颗粒的粒度为50～180μm；

所述铜基复合材料的制备方法为：

A、Cu-Zr合金粉末的制备：将原料Cu和原料Zr在具有氩气保护的混料机中充分混合后放入真空自耗电弧熔炼炉中，当真空度抽至р≤3Pa时，在氩气保护下进行熔炼：先控制电流在200A，保持3～5min；然后将电流升高至280～300A，保持1～2min；再将电流升高至500～1000A，保持2～3min；冷却后得到Cu-Zr合金基块；然后将Cu-Zr合金基块放入真空感应炉中，在1900～2000℃的条件下待Cu-Zr合金基块完全熔化为液态后，在水压为180～200MPa的条件下通过水雾化喷嘴雾化成水雾化合金材料，然后经过脱水、干燥后得到Cu-Zr合金粉末；

B、按照上述的体积百分比，将Cu-Zr合金粉末和纯金刚石粉末在具有氩气保护的混料机中充分混合；

C、在模具中对上述混合粉末进行预压制预烧结；其中，压实密度为60～80％；

D、最后在热压烧结炉中采用热压烧结的方式制备Cu-Zr/Diamond铜基复合材料。

进一步地，步骤A中原料Cu采用电解铜块，原料Zr采用高纯锆块；且按照质量百分比将0.5～3.5％的原料Zr与96.5～99.5％的原料Cu混合；采用纯度较高的原料能够在源头上控制杂质含量，有效地避免杂质对所制备的复合材料的性能造成影响。

进一步地，步骤A中在对原料Cu和原料Zr在熔炼时，待原料全部熔化后，对熔化的原料溶体进行除气处理；利用除气处理能够有效地去除熔炼时原料溶体内含有的杂质气体。