[发明专利]泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料及制备方法

摘要

本发明提供一种泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料及其制备方法，所述复合材料由泡沫衬底、金刚石强化层、基体材料组成。其中泡沫衬底为泡沫金属或泡沫陶瓷或泡沫碳，基体材料为铜及其合金，金刚石强化层为金刚石或金刚石与石墨烯或/和碳纳米管。本发明制得的复合材料增强相与基体相在三维空间内保持连续分布，使金刚石和基体形成了网络互穿构形，从而可弱化复合界面对材料热学性能的显著影响，既能不降低金属基体在复合材料中的良好塑韧性，又能使增强相成为一个整体，最大限度地发挥增强体的导热效率，使复合材料的热导率、电导率及机械强度相比较传统复合材料有极大提高，是一种很有潜力的新型多功能复合材料。

主权项

泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料，其特征在于，所述复合材料包括增强体、基体材料，所述增强体包括泡沫骨架衬底、金刚石强化层，所述泡沫骨架衬底表面设有金刚石强化层；所述泡沫骨架衬底选自泡沫金属骨架、泡沫陶瓷骨架、泡沫碳骨架中的至少一种，所述基体材料选自铜及铜基合金；所述金刚石强化层选自金刚石膜、石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、石墨烯/碳纳米管包覆金刚石中的至少一种；所述复合材料制备方法，包括下述步骤第一步：增强体的制备将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表面原位生长金刚石，得到增强体；沉积参数为：沉积金刚石膜：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5‑10.0％；生长温度为600‑1000℃，生长气压为103‑104Pa；或将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表面原位生长石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、石墨烯/碳纳米管包覆金刚石，沉积过程中在泡沫骨架衬底上施加等离子辅助生长，并通过在衬底底部添加磁场把等离子体约束在泡沫骨架近表面，强化等离子对泡沫骨架表面的轰击，使石墨烯垂直于泡沫骨架表面生长，形成石墨烯墙，得到增强体；沉积工艺为：沉积石墨烯墙：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5‑80％；生长温度为400‑1200℃，生长气压为5‑105Pa；等离子电流密度为0‑50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；沉积石墨烯包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5‑10.0％；生长温度为600‑1000℃，生长气压为103‑104Pa；然后，再在金刚石表面沉积石墨烯墙，石墨烯垂直于金刚石表面生长，形成石墨烯墙，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5‑80％；生长温度为400‑1200℃，生长气压为5‑105Pa；等离子电流密度为0‑50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；沉积碳纳米管包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5‑10.0％；生长温度为600‑1000℃，生长气压为103‑104Pa；然后，在金刚石表面采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在沉积表面沉积镍、铜、钴的一种或复合催化层；再沉积碳纳米管，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5‑50％；生长温度为400‑1300℃，生长气压为103‑105Pa；等离子电流密度为0‑30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；沉积石墨烯/碳纳米管包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为0.5‑10％；生长温度为600‑1000℃，生长气压103‑104Pa；然后，在金刚石表面沉积石墨烯膜，沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为0.5‑80％；生长温度为400‑1200℃，生长气压为5‑105Pa；等离子电流密度为0‑50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；最后，在石墨烯表面采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在衬底表面沉积镍、铜、钴的一种或复合催化层后，沉积碳纳米管林，沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为5‑80％；生长温度为400‑1200℃，生长气压为5‑105Pa；等离子电流密度为0‑50mA/cm2；第二步：采用压力熔渗技术将具有金刚石强化层的增强体与铜基体复合。