一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111676385A(43)申请公布日2020.09.18(21)申请号202010429293.0B22F9/04(2006.01)(22)申请日2020.05.20B22F3/105(2006.01)(71)申请人东南大学地址211102江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人陈锋王硕(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.C22C9/00(2006.01)C22C26/00(2006.01)C22C1/05(2006.01)C22C1/10(2006.01)B22F1/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法(57)摘要本发明涉及一种工艺简单、低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法，具体步骤是：1.对金刚石颗粒进行超声清洗，然后将其在氢氧化钠溶液中浸泡，进行表面粗化处理。2.将金刚石颗粒、锆粉、铜粉按一定的体积比混合均匀，其中，金刚石颗粒：49～51Vol％；锆粉：2.5～3.5Vol％；余量为铜粉；之后将混合粉末装入石墨模具中。3.将装有混合粉末的石墨模具放入放电等离子体烧结炉中，在900～950℃进行热压烧结。4.将烧结体表面用丙酮清洗以除去杂质，得到金刚石铜复合材料。所制备复合材料的导热系数可达583～605W/(m·K)，其制备工艺简单、成本低、性能稳定，可用于高导热金刚石铜复合材料的工业化生产。CN111676385ACN111676385A权利要求书1/1页1.一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法，其特征在于该方法按照如下步骤进行：第一步：将金刚石颗粒置于丙酮溶液中，超声清洗去除油污，然后用去离子水清洗并烘干；再将金刚石颗粒置于氢氧化钠溶液中粗化处理，之后用去离子水清洗并烘干；第二步：称取金刚石颗粒、锆粉、铜粉，并进行机械混合，之后，将混合粉末倒入石墨模具中；第三步：将石墨模具放入高真空放电等离子体烧结炉中烧结，待试样冷却后，从腔体中取出烧结体；第四步：用丙酮进行烧结体表面清洗以去除杂质，得到完整的金刚石铜复合材料。2.如权利要求1所述的一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述金刚石颗粒的粒径为130～165μm。3.如权利要求1所述的一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的体积浓度为5～15Vol％，粗化处理时间为20～40min。4.如权利要求1所述的一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述第二步称取金刚石颗粒、锆粉、铜粉，其体积百分比为：金刚石颗粒：49～51Vol％；锆粉：2.5～3.5Vol％；余量为铜粉。5.如权利要求4所述的一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述锆粉的粒径为20～30μm，纯度大于99.95％；所述铜粉的粒径为20～30μm，纯度大于99.95％。6.如权利要求1所述的一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述第二步机械混合工艺为：将金刚石颗粒、锆粉、铜粉在三维混料机中混合1～2h。7.如权利要求1所述的一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述第三步烧结工艺为：炉腔抽真空到1×10-2～2×10-2Pa，升温速率为50℃/min，烧结温度为900～950℃；达到烧结温度后，在烧结压力40～50MPa下保温时间10～15min。2CN111676385A说明书1/4页一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种工艺简单、低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法。背景技术[0002]随着集成电路芯片向大功率、高集成度方向发展，传统电子封装材料的散热性能已不能满足当前需求。发展一种具备高导热系数(＞500W/(m·K))、较低膨胀系数(与芯片相匹配)的新型电子封装散热材料已受到广泛关注。金刚石在自然界中具有最高的导热系数(1200～2000W/(m·K))和很低的热膨胀系数(2.3×10-6/K)，而铜比铝、镁等金属的导热系数更高、热膨胀系数更低，因此将金刚石颗粒与铜基体复合，所制备的金刚石铜复合材料有望获得高导热、低膨胀的优异性能，在电子封装材料领域具有重要的应用前景。[0003]目前，金刚石铜复合材料的主要制备方法之一为粉末冶金法，也即将金刚石颗粒与铜粉混合，再热压烧结。然而，由于金刚石与铜之间无化学亲和力，其界面仅为机械结合，所得复合材料的导热系数很低。目前，解决此问题的主要方法是：①金刚石颗粒表面金属化：在金刚石颗粒表面镀覆Ti、Cr、Zr等碳化物形成元