[发明专利]一种可机械加工的金刚石/金属基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种可机械加工的金刚石/金属基复合材料的制备方法，将掺杂金刚石颗粒置于模具A中，金属锭置于模具B中，然后再共同置于加热设备中，所述模具A与模具B之间具有通道，将机械加工的金属材料置于通道入口和/或将可机械加工的金属材料按成品形态制成模板，置于所述掺杂金刚石颗粒中，将掺杂金刚石颗粒分割成成品形态，采用气氛压力辅助熔渗工艺技术，以高纯气体为压力源，作用在熔融液态金属基表面，以实现金刚石与金属基材料高密度复合；本发明能有效克服渗透中的毛细力，实现高致密压渗成型，所制得的材料热导率较高、热膨胀系数可调，且该材料设有可机械加工材料，便于材料后期加工处理。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种可机械加工的金刚石/金属基复合材料的制备方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，电子及半导体器件的集成度不断增加，使得器件的功率密度越来越大，发热量迅速攀升，热量不及时散出导致的温升将严重影响器件的工作效率和使用寿命。

近年来，随着金刚石制备技术的飞速发展，人造金刚石的品质和制备成本得到极大改善。以金刚石为导热填料的金属基复合材料因其优异的导热性能、可调控的热膨胀系数及轻质的特点，在高性能热管理材料的研制中展现了更具竞争力的应用前景。

金刚石/金属基体制成的金属基复合材料,具有高比强度及硬度。在加工这类材料时,硬质、脆性相容易带来一系列有关表面粗糙度和快速切削磨损的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可机械加工的金刚石/金属基复合材料的制备方法，本发明不仅能提供高热导率材料且解决后期加工难度问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种可机械加工的金刚石/金属基复合材料，包括如下步骤：将掺杂金刚石颗粒置于模具A中，金属锭置于模具B中，然后再共同置于加热设备中，所述模具A与模具B之间具有通道，将机械加工的金属材料置于通道入口和/或将可机械加工的金属材料按成品形态制成模板，置于所述掺杂金刚石颗粒中，将掺杂金刚石颗粒分割成成品形态，然后对加热设备抽真空至100Pa后，加热使金属锭熔化，所得熔体继续保温至温度均匀，然后通入保护气氛加压，熔体经过通道入口流进模具A并渗入掺杂金刚石颗粒之间构成的孔隙中，冷却后，取出复合材料坯料，将可机械加工的金属材料加工掉，即得金刚石/金属基复合材料；所述可机械加工的金属材料的熔点≥1650℃，所述金属锭中的金属熔点≤1450℃。

本发明的制备方法，本发明的制备方法采用气体压力辅助熔渗工艺技术，以高纯气体为压力源，作用在熔融液态金属基表面，实现金刚石与金属基材料高密度复合。在本发明中以模具A作为复合材料坯料的基础模具，当所得成品形态即为模具A腔体的尺寸时，仅在通道入口设置可机械加工的金属材料，后续将可机械加工的金属材料加工掉，即可避免熔体入口在渗入熔融态金属时所产生的不均匀或者金刚石与金属基的界面，而当需要更小尺寸的成品时，将可机械加工的金属材料制成相应的模板，将核壳结构掺杂金刚石颗粒分割成成品形态，所得的复合材料坯料，后期将可机械加工的金属材料加工掉，即得所需结构的金刚石/金属基复合材料。

本发明可实现金刚石/金属基复合材料的加工，主要是发明人意外的发现，熔体可以通过可机械加工的金属材料，因此即使置于通道入口，也不会影响熔体的渗入模具A中，同时在模具中加入模板，也不会影响到熔体的流动，因此不会影响到金刚石/金属基复合材料的成型。

优选的方案，所述可机械加工的金属材料中的金属选自钨、钼、钽、铌、铪、铬、钒、锆、钛中的至少一种。

优选的方案，所述模板的构型选自块体构型、三维泡沫网状、网格构型，棒状构型、片状构型、颗粒状构型中任意一种。

优选的方案，所述金属锭中的金属包含基体金属以及添加剂，所述基体金属选自Cu、Al、Ag、Ti、Mg、Zn中的一种，所述添加剂选自镧、铈、钕、铕、钆、镝、钬、镱、镥、钇、钪中至少一种，所述添加剂的加入量为基体金属的0.05-1％。