[发明专利]一种高导热双碳材料增强铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高导热双碳材料增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维、KCl熔盐和钛粉混合进行球磨，得到均匀的混合粉末A；将金刚石、KCl熔盐和钛粉混合进行球磨，得到均匀的混合粉末B；将均匀的混合粉末A放置在真空管式炉中，在碳纤维表面镀覆TiC涂层，制备成TiC‑碳纤维粉末；将均匀的混合粉末B放置在真空管式炉中，在金刚石表面镀覆TiC涂层，制备成TiC‑金刚石粉末；利用真空搅拌法将制备好的TiC‑金刚石粉末与铝液混合制备成中间复合材料；利用气压浸渗法将TiC‑碳纤维粉末与制备的中间复合材料进行复合，制备出高导热双碳材料增强铝基复合材料。本发明方法提高了铝基复合材料的导热性能和致密度。

技术领域

本发明属于高导热金属基复合材料技术领域，涉及一种高导热双碳材料增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，特别是高端技术的突飞猛进，对材料性能的要求日益增高。在航空航天领域还是交通及电子等民用领域中，集成电路和大功率半导体器件的集成密度越来越大，导致其发热率越来越高。另外材料的密度也需尽量小，以减轻设备的重量。所以对相应的散热材料提出了更高、更苛刻的要求。

金属铝的热导率高、密度低、成本低并且易加工，是常用的传统散热材料。但铝的热膨胀系数为23.8x10^-6K^-1，与电子邻域中的陶瓷基片或芯片之间有较大的热膨胀系数差，产生的热应力常常导致器件失效。所以需要通过添加增强体来改善铝在性能上的不足，在众多增强体中，碳材料增强铝合金基复合材料是研究最为深入的。在碳材料增强铝基复合材料研究发展中发现，这些碳材料不仅有优异的力学性能还具有优异的热物理性能，其导热性能是铝等金属的5-10倍，而热膨胀系数甚至为负数。其中碳纤维不仅具有较高的热导率，其轴向热导率可接近1100W·m^-1·K^-1。它的热膨胀系数也很低，轴向热膨胀系数可达-1.5x10^-6K^-1。除碳纤维外，金刚石的理论热导率高达2000W·m^-1·K^-1，热膨胀系数也仅为4.5x10^-6K^-1。因此，以碳纤维或金刚石为增强体，铝为基体的碳纤维铝复合材料，是一种极具竞争力的新型散热材料。但碳材料与铝基体的界面问题一直是困扰该种复合材料实际应用的一个重大的问题。除此之外，通过近年来研究者们的研究成果发现，碳纤维由于在物理性能方面具有高的各向异性，导致制备出来的复合材料多是各向异性材料，且当体积分数达到一定后，碳纤维在轴向方向的导热优势与径向的劣势会相互抵消甚至会恶化，体积分数越高该现象越明显，所以单一的碳纤维来增强铝基复合材料已经无法满足高导热复合材料的需求。金刚石优异的热物理性能恰恰能弥补这一缺点，但由于金刚石增强体硬度极高，制备出满足需求的复合材料还需要超过50%vol的金刚石，所以导致复合材料只能一步成形，无法进行进一步加工，所以单一的金刚石作为增强体也无法满足实际应用。同时在传统的制备工艺中，最为常用的为粉末冶金和压力浸渗法。但粉末冶金虽然可制备增强体体积分数超过70%的复合材料，但由于是在液相线下进行，所以制备的复合材料往往致密度较差，这大大的恶化了复合材料的各种性能。传统的压力浸渗相较粉末冶金可制备出高致密的复合材料，但传统的压力浸渗是通过制备预制体然后通过压力一步成型，当增强体体积分数超过70%往往会出现浸渗不完全的现象。

发明内容

发明目的

本发明要解决的技术问题是传统碳纤维由于各向异性导致制备的铝基复合材料导热性能提升有限和金刚石由于太过坚硬导致制备的铝基复合材料不可加工等问题，提供一种一种高导热双碳材料增强铝基复合材料的制备方法，可使铝基复合材料导热性能和可加工性同时提高。

技术方案

一种高导热双碳材料增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将碳纤维、KCl熔盐和钛粉混合进行球磨，得到均匀的混合粉末A；将金刚石、KCl熔盐和钛粉混合进行球磨，得到均匀的混合粉末B；