[发明专利]一种选区激光熔化工艺制备金刚石金属基复合材料的方法

说明书

一种选区激光熔化工艺制备金刚石金属基复合材料的方法，本发明涉及一种制备金刚石金属基复合材料的方法。本发明要解决现有选区激光熔化工艺制备金刚石金属基复合材料过程中，金刚石与基体润湿性差，存在大量的孔隙缺陷，金刚石热蚀的问题。方法：一、制备镀覆后的金刚石粉末；二、混合；三、选区激光熔化成型；四、烧结。本发明用于选区激光熔化工艺制备金刚石金属基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种制备金刚石金属基复合材料的方法。

背景技术

当今电气设备朝着小型化、集成化方向高速发展，电气设备的功率密度也必然随之增。如何对电气设备进行有效的热管理已经是如今的一项研究热点。通常研究的方向分为两类：一是寻找高效率热管理材料，如金属(铝、铜等)、金刚石增强导热金属基复合材料；二是通过优化散热结构，通过数值模拟找到最佳散热结构，从而提高散热效率，同时由于增材制造领域的高速发展，针对特殊的散热结构可以直接通过增材制造技术直接成形。

金刚石增强导热金属基复合材料按基底主要可以分为两类：铝基金刚石复合材料和铜基金刚石复合材料。铝基金刚石复合材料密度较小，但导热系数低于铜基金刚石复合材料。铜基金刚石复合材料凭借基体良好的导热性能与金刚石高导热的加持下，其导热率可以获得极大的提升。然而由于金刚石的添加，使得后续难以机械加工。目前金刚石金属复合材料通常以粉末冶金、SPS、高压气体熔渗等传统的方法制备，难以获得薄壁、多曲面等复杂结构的形状。这就是目前限制复合材料应用的最大障碍。因此，基于增材制造技术制备金刚石铜基复合材料异形构件，必然可使其获得更加广泛的应用前景。

利用选区激光熔化工艺制备金刚石金属基复合材料主要需要克服以下几点：一是金刚石与金属的润湿较差，会因此存在大量的孔隙缺陷，在金刚石掺杂量高于30vol％的情况下致密度低于70％；二是金刚石在激光作用下会产生碳化甚至出现热蚀现象。因此传统工艺难以实现致密的金刚石金属基复合材料的制备。

发明内容

本发明要解决现有选区激光熔化工艺制备金刚石金属基复合材料过程中，金刚石与基体润湿性差，存在大量的孔隙缺陷，金刚石热蚀的问题，而提供一种选区激光熔化工艺制备金刚石金属基复合材料的方法。

一种选区激光熔化工艺制备金刚石金属基复合材料的方法，它是按照以下步骤进行的：

一、制备镀覆后的金刚石粉末：

通过镀覆工艺在金刚石粉末表面镀覆厚度为0.1μm～10μm的过渡层，得到镀覆后的金刚石粉末；

二、混合：

将镀覆后的金刚石粉末与金属粉末机械混合均匀，得到混合后的粉末；

所述的镀覆后的金刚石粉末与金属粉末的体积比1:(0.8～3)；所述的金属粉末熔点低于 1500℃；

三、选区激光熔化成型：

在选区激光熔化设备中，控制氧气含量低于0.1％，先将基板预热至20℃～200℃，在激光功率为50W～2000W、扫描速度为1mm/s～500mm/s、光斑直径为0.2mm～5mm、基板温度为20℃～200℃及基板单次铺粉厚度为0.1mm～0.4mm的条件下，利用混合后的粉末进行激光成形，最后停止加热，待基板冷却完毕后，将成型的复合材料从基板上取下；

四、烧结：

将成型的复合材料置于真空炉或气氛炉内烧结，得到金刚石金属基复合材料。

本发明的有益效果是：1)本发明通过在金刚石最外层镀覆高熔点金属，使金刚石在激光成形过程中避免了激光对金刚石直接照射，减少了金刚石的损伤及热蚀现象的出现，同时在成形过程中由于难熔金属镀覆层的存在避免了基体熔液与金刚石直接接触，提高了基体熔液和增强体之间的的润湿性。