一种定向高导热金刚石/金属基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CN111421141A(43)申请公布日2020.07.17(21)申请号202010312084.8B22F9/22(2006.01)(22)申请日2020.04.20(71)申请人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市下城区潮王路18号浙江工业大学科技处(72)发明人姚建华王健君李波(74)专利代理机构杭州天正专利事务所有限公司33201代理人黄美娟朱思兰(51)Int.Cl.B22F9/04(2006.01)B22F1/00(2006.01)C23C4/12(2016.01)C23C4/06(2016.01)C22C26/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法(57)摘要本发明提供了一种基于超音速激光沉积制备定向高导热金刚石/金属基复合材料的方法，本发明方法中，金属基粉末在全固态下进行沉积，无需经历传统制备工艺中熔化再凝固的过程，并且以一种低热输入方式对金刚石进行沉积，完全避免了高温环境下金刚石的热损伤以及石墨化的倾向，极大程度上保留原始粉末颗粒的物理化学性质，金刚石通过加速至超音速的金属基颗粒的剧烈塑性形变而沉积，结合界面为机械结合及其他结合方式，所以无需对金刚石颗粒进行表面金属化处理，也无需高压加压设备，复合材料中最大导热轨迹即是富含金刚石的沉积轨迹，在制备过程中，金刚石沉积区域可实现实时的控制，从而实现对高导热方向的控制。CN111421141ACN111421141A权利要求书1/1页1.一种定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法为：(1)将金刚石粉末与高导热金属粉末进行球磨混合，形成均匀的复合粉末，备用；(2)取低导热金属粉末作为超音速激光沉积的填充相，备用；(3)喷涂之前，分别对步骤(1)、步骤(2)准备好的粉末进行保温处理，然后再进行还原处理；(4)对基体进行清洗，去除表面油污，然后吹干，采用超音速激光沉积技术在基体上先沉积经过步骤(3)处理的金刚石与高导热金属的复合粉末，再沉积经过步骤(3)处理的低导热金属粉末作为填充，从而制备出单层含有复合粉末及低导热金属粉末的单层沉积层，然后通过逐层累加的方式制备出一种定向高导热金刚石/金属基复合材料；超音速激光沉积时，粉末颗粒在拉瓦尔喷嘴中加速至超音速，喷嘴与基体垂直方向偏离±10°范围内；激光束与喷嘴轴线呈20～30°夹角；激光光斑辐照基体的区域与粉末沉积区域重合；超音速激光沉积的工作参数为：采用半导体激光，波长为960～1100nm，功率密度为3～5×105W/cm2，扫描速度为20～60mm/s，喷涂距离为20～40mm，送粉量为30～60g/min，载气预热温度为400～800℃，载气压力为3～5MPa，载气为压缩空气或氮气中的一种。2.如权利要求1所述定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所得复合粉末中，金刚石粉末的体积分数为50％～80％。3.如权利要求1所述定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金刚石粉末的粒径分布为30-50μm。4.如权利要求1所述定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高导热金属粉末的导热系数>200W/m·K，形状为球形或类球形，粒径分布为5-50μm，选自纯铜及其合金粉末、纯铝及其合金粉末的一种或几种。5.如权利要求1所述定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低导热金属粉末的导热系数<70W/m·K，形状为球形或类球形，粒径分布为5-50μm，选自纯铁、镍及不锈钢粉末的一种或几种。6.如权利要求1所述定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述保温处理的温度为120℃，时间为30min。7.如权利要求1所述定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述还原处理以氢气为还原气氛，还原时间为30min，还原温度为200℃。8.如权利要求1所述定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述基体为任意形状的铁基材料。9.如权利要求1所述定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述复合材料的高导热方向为一维传热、二维传热或三维传热。2CN111421141A说明书1/5页一种定向高导热金刚石/金属基复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于超音速激光沉积制备定向高导热金刚石/金属基复合材料的方法。背景技术[0002]随着微电子技术的高速发展，半导体集成电路封装密度越来越大，运行速度越来越快。然而