一种金刚石导热复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种金刚石导热复合材料及其制备方法。具体地，本发明公开了一种金刚石-金属复合材料及其制备方法，所述的复合材料包括金属基体以及分布于所述基体内部和/或表面的金刚石颗粒，其中至少部分或全部所述金刚石颗粒通过纳米晶须结合于所述金属基体。该复合材料具有高界面强度，高导热率、低热膨胀系数等优点，应用广泛。
【专利说明】一种金刚石导热复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金刚石导热复合材料领域。具体地，本发明涉及一种金刚石导热复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子工业的飞速发展，电子封装、组装的高密度、高速度化集成电路对封装材料的性能提出了更为严格的要求。目前，各种新型封装材料己成为各国竞相研发的热点。新型微电子封装材料不仅要有高的导热率，而且还必须具有与半导体材料相匹配的热膨胀系数。金刚石是自然界中导热率最高的已知物质，高品质单晶金刚石的导热率可达到2000ff/(m.Κ)，且室温下金刚石是绝缘体，还具有介电常数低、热膨胀系数低等特点，但单一的金刚石不易制作成封装材料，且生产成本很高。较理想的是将其做成金属基复合材料。
[0003]金属铜具有优良的导电性能和高的导热性能，它的热膨胀系数(CTE)为17 X 10_6Κ，导热率(TC)为400W/ (m.K)，将金刚石与铜复合形成金刚石/铜复合材料，通过调节金刚石体积分数实现高热导和可调热膨胀，完全满足热管理材料的要求。
[0004]然而金刚石-铜复合材料的制备难点在于:金刚石与铜的润湿性极差。在1150°C下金刚石与铜的浸润角为145°，它们之间高温没有固相反应发生，金刚石与铜难以烧结出致密的复合材料。人们为了增加金刚石颗粒与铜的界面结合性，通常采用是在金刚石颗粒表面镀铜，或沉积金属碳化物薄膜方式来完成，而最终形成的界面仍为面-面接触的二维界面结构，界面强度等性能仍有欠缺。
[0005]因此，本领域急需研发一种界面强度强、热性能优异的金刚石与金属的复合材料。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种界面强度强、热性能优异的金刚石与金属的复合材料。
[0007]本发明的另一目的是提供一种操作简便的上述复合材料的制备方法。
[0008]在本发明第一方面中，提供了一种高热导性能的金刚石-金属复合材料，所述的复合材料包括金属基体以及分布于所述基体内部和/或表面的金刚石颗粒，其中至少部分或全部所述金刚石颗粒通过纳米晶须结合于所述金属基体。
[0009]在另一优选例中，所述的结合为化学键结合。
[0010]在另一优选例中，所述的纳米晶须为硼纳米晶须或氮化硼纳米晶须。
[0011]在另一优选例中，所述的高导热性能的金刚石-金属复合材料具有如下一种或多种特征:
[0012](a)密度为 6_8.5g/cm3 ;和 / 或
[0013](b)导热率≥ 400ff/m.K ;和 / 或
[0014](c)热膨胀系数< 15 μ m/m.K。
[0015]在另一优选例中，所述的纳米晶须具有如下特征:(i)直径为l-5000nm;和/或
(ii)长度为0.1- 300 μ m;和/或(iii)在金刚石颗粒表面的密度为1- 10000个/ μ m2。[0016]在另一优选例中，所述的金刚石颗粒的粒径为0.1-1000 μ m。
[0017]在另一优选例中，所述金刚石颗粒的粒径为10 μ m-400 μ m ;更佳地为50 μ m-350 μ m。
[0018]在另一优选例中，所述的金属基体包括:铜、招、银、或它们的合金。
[0019]在另一优选例中，所述的金刚石-金属复合材料按如下方法制得:
[0020](I)在金刚石颗粒表面原位生长纳米晶须，从而形成金刚石一纳米晶须复合体；以及
[0021](2)将步骤(1)的金刚石一纳米晶须复合体与金属基体进行烧结处理，从而形成所述的金刚石-金属复合材料。
[0022]在本发明的第二方面中，提供了一种金刚石-金属复合材料的制备方法，包括步骤:
[0023](I)在金刚石颗粒表面原位生长纳米晶须，从而形成金刚石一纳米晶须复合体；以及
[0024](2)将步骤(1)的金刚石一纳米晶须复合体与金属基体进行烧结处理，从而形成本发明第一方面所述的金刚石-金属复合材料。
[0025]在另一优选例中，所述的金属基体包括:铜、铝、银、或它们的合金；和/或所述的纳米晶须为硼纳米晶须或氮化硼纳米晶须。
[0026]在另一优选例中，所述的金属基体为粉末状的。
[0027]在另一优选例中，在步骤(2)中，按金刚石一纳米晶须复合体与金属基体的总重量计算，金属基体的质量分数为10 - 90%。
[0028]在另一优选例中，所述步骤(1)包括步骤:
[0029](1.1)提供包含金刚石颗粒、硼原料和金属催化剂的混合物；
[0030](1.2)在真空中、或在氢气、氩气、或其组合气体的还原性气氛或惰性气氛中，将步骤(1.1)的混合物进行加热反应，从而形成金刚石一硼纳米晶须复合体；以及
[0031]任选地(1.3)将步骤(1.2)获得的金刚石一硼纳米晶须复合体在氮气或氨气中进行加热反应，从而形成金刚石一氮化硼纳米晶须复合体；
[0032]或所述步骤(1)包括步骤:
[0033](1-1)提供包含金刚石颗粒、硼原料和金属催化剂的混合物；和
[0034](1-2)在氮气或氨气中，将步骤(1-1)的混合物进行加热反应，从而形成金刚石一氮化硼纳米晶须复合体。
[0035]在另一优选例中，所用的硼原料为粉末状或液态；和/或所用的硼原料包括单质硼和硼化合物(较佳地，所述的硼化合物包括硼酸)。
[0036]在另一优选例中，所述步骤(1.1)或步骤(1-1)中，按混合物总重量计算，硼原料的质量分数为I 一 15wt% ;较佳地为5 -1Owt%。
[0037]在另一优选例 中，所述的金属催化剂为铜、金、镍、钼、或它们的合金。
[0038]在另一优选例中，所述步骤(1.1)或步骤(1-1)中，按混合物总重量计算，金属催化剂的质量分数为10-90wt% ;较佳地为20-85wt% ;更佳地为30 — 75wt%。
[0039]在另一优选例中，上述各个步骤中，
[0040]所述的加热反应在800_1150°C下进行；和/或[0041]所述的加热反应在压力为IPa - 120kPa的气氛下进行。
[0042]在另一优选例中，所述步骤(2)为:在800 - 1150°C下，在10 - 150MPa下，将步骤
(I)的金刚石一纳米晶须复合体与金属基体进行烧结处理，从而形成金刚石-金属复合材料。
[0043]在本发明第三方面中，提供了一种制品，包含本发明第一方面所述的金刚石-金属复合材料。
[0044]在本发明第四方面中，提供了本发明第一方面所述的金刚石-金属复合材料的用途，用于机械制品、复合材料或电子元器件。
[0045]应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。 【专利附图】
【附图说明】
[0046]图1显示了金刚石颗粒表面原位生长的氮化硼纳米晶须后与铜基体结合的示意图。首先在金刚石颗粒表面预处理生长出氮化硼纳米晶须，提高了金刚石颗粒的表面面积，然后将生长有氮化硼纳米晶须的金刚石颗粒与铜混合制备金刚石-铜复合材料。
[0047]图2为金刚石颗粒表面生长氮化硼晶须扫描电子显微图，图2A为金刚石颗粒表面硼纳米线5000倍显微图片；图2B为金刚石颗粒表面硼纳米线20000倍显微图片。
[0048]图3为一个氮化硼晶须的透射电子显微镜图(如图3A)和相应的电子衍射图(如图 3B)。
【具体实施方式】
[0049]本发明人经过广泛而深入的研究，意外地发现一种高热导性能的金刚石-金属复合材料，其包括金属基体以及分布于所述基体内部和/或表面的金刚石颗粒，其中至少部分或全部所述金刚石颗粒通过纳米晶须结合于所述金属基体。其中纳米晶须的存在显著改善了金刚石与金属的界面强度，使得该复合材料具有高导热率、热膨胀系数可控等优点。将在此基础上，发明人完成了本发明。
[0050]金刚石一纳米晶须复合体
[0051]本发明的金刚石一纳米晶须复合体包括金刚石颗粒以及结合(通过化学键结合)于所述金刚石颗粒表面的纳米晶须。
[0052]纳米晶须
[0053]如本文所用，本发明的纳米晶须包括:硼纳米晶须和氮化硼纳米晶须等。
[0054]优选地，本发明的纳米晶须具有以下特征:(i)直径为l_5000nm(较佳地为I~500nm ;更佳地为5~IOOnm);和/或(ii)长度为0.1 - 300 μ m(较佳地为I~300 μ m ;更佳地为10~IOOym)和/或(iii)在金刚石颗粒表面的密度为1-10000个/ μ m2 (较佳地为 10 — 5000 个 / μ m2 或 10-2000 个 / μ m2)。
[0055]金刚石颗粒
[0056]本发明所用的金刚石颗粒是供本发明纳米晶须生长的基底，同时也是扩散硼原子的载体。并且在本发明中，金刚石是硼原子扩散必不可少的载体材料，没有它无法形成硼纳米晶须或硼化合物纳米晶须。例如利用硅，石墨等材料代替金刚石，由于其晶格参数的差异，均起不到硼原子扩散载体的作用，无法形成硼纳米晶须或硼化合物纳米晶须。
[0057]本发明的金刚石颗粒可以是任意尺寸的颗粒,优选采用粒径为0.1 μ m-10000 μ m的金刚石颗粒；较佳地采用粒径为10μπι-1000μπι的金刚石颗粒；更佳地采用粒径为50 μ m-1000 μ m的金刚石颗粒。
[0058]金属基体
[0059]如本文所用，所述的金属基体包括:铜基体、铝基体、银基体等导热率较高的金属基体。
[0060]金刚石-金属复合材料
[0061]本发明的金刚石-金属复合材料，其中，所述的复合材料包括金属基体以及分布于所述基体内部和/或表面的金刚石颗粒，其中至少部分或全部所述金刚石颗粒通过纳米晶须结合(通过化学键结合)于所述金属基体。其中，所述的“至少部分所述金刚石颗粒”是指至少30%的金刚石颗粒(优选至少50%的金刚石颗粒；更优选地为至少70%的金刚石颗粒)。
[0062]优选地，所述的金刚石-金属复合材料具有如下一种或多种特征:(a)密度为5-9g/cm3(较佳地，其密度为6-8.5g/cm3) ； (b)导热率≥400W/m.K (其导热率甚至≥700ff/m.K ;较佳地为600-1000ff/m.K ;更佳地为600-800ff/m.K) ; (c)热膨胀系数≤15 μ m/m.K (较佳地为 4-12 μ m/m.K ;更佳地为 5-8 μ m/m.K)。
[0063]优选地，所述的纳米晶须为硼纳米晶须或氮化硼纳米晶须。以氮化硼纳米晶须为例，在本发明的金刚石-金属复合材料中，所述的金刚石颗粒与金属基体(如铜基体)通过高强度的氮化硼纳米晶须连接，形成了一种新颖的三维接触界面结构。氮化硼纳米晶须增强了金刚石与金属间的浸润性，同时由于纳米晶须具有巨大的比表面，从而大大增加了与金属的接触面积。另外，氮化硼本身是良好的导热材料，金刚石内的声子与氮化硼内的声子进行耦合，再通过氮化硼纳米晶须的巨大侧表面与金属中的电子耦合，大幅度提高了复合材料的导热能力。
[0064]硼原料
[0065]如本文所用，所述的硼原料可以为粉末状或液态。当然所述的硼原料可以是单质硼和硼化合物(优选地，所述硼化合物包括硼酸)。
[0066]金属催化剂
[0067]如本文所用，所述的金属催化剂优选包括铜、金、镍、钼、银、或它们的合金；更佳地为纯铜(优选纯度≥99.99%的铜)或铜合金(例如铜铁合金、铜铬合金、铜镍合金等)。所述的金属催化剂可以是粉体或块体的金属(合金)。
[0068]在加热反应中，所述的金属催化剂会形成纳米液滴，并成为硼纳米线或硼化物纳米线生长的催化剂。
[0069]制备方法
[0070]本发明提供了一种金刚石-金属复合材料的制备方法，优选地所述方法包括如下步骤: [0071](I)金刚石预处理步骤:
[0072]在金刚石颗粒表面原位生长纳米晶须，从而形成金刚石一纳米晶须复合体；[0073]优选地，所述步骤(1)包括步骤:
[0074](1.1)提供包含金刚石颗粒、硼原料和金属催化剂的混合物；
[0075](1.2)在真空中、或在氢气、氩气、或其组合气体的还原性气氛或惰性气氛中，将步骤(1.1)的混合物进行加热反应，从而形成金刚石一硼纳米晶须复合体；以及
[0076]任选地(1.3)将步骤(1.2)获得的金刚石一硼纳米晶须复合体在氮气或氨气中进行加热反应，从而形成金刚石一氮化硼纳米晶须复合体；
[0077]或所述步骤(1)包括步骤:
[0078](1-1)提供包含金刚石颗粒、硼原料和金属催化剂的混合物；和
[0079](1-2)在氮气或氨气中，将步骤(1-1)的混合物进行加热反应，从而形成金刚石一氮化硼纳米晶须复合体。
[0080]上述各个步骤中，所述的加热反应优选地在800-1150°C下进行；所述的加热反应优选地在压力为IPa - 120kPa的气氛下进行。
[0081]在另一优选例中，所述步骤(1.1)或步骤(1-1)中，按混合物总重量计算，硼原料的质量分数为I 一 15wt% ;较佳地为5 -1Owt%。
[0082]在另一优选例中，所述步骤(1.1)或步骤(1-1)中，按混合物总重量计算，金属催化剂的质量分数为10-90wt% ;较佳地为20-85wt% ;更佳地为30 — 75wt%。
[0083](2)金刚石-金属复合材料制备步骤:
[0084]将步骤(1)的金刚石一纳米晶须复合体与金属基体进行烧结处理，从而形成本发明的金刚石-金属复合材料。
[0085]优选地，所述步骤⑵为:在800 - 1150°C (或850-1000°C )下，在10 - 150MPa(优选IO-1OOMPa或10-80MPa)下，将步骤(1)的金刚石一纳米晶须复合体与金属基体进行烧结处理，从而形成金刚石-金属复合材料。
[0086]在步骤(2)中，按金刚石一纳米晶须复合体与金属基体的总重量计算，金属基体的质量分数为 10 - 90wt% (优选 30-80wt%* 50 — 80wt% )。
[0087]该方法所使用的主要设备便宜、易得，采用一般的热压设备即可，例如包括:真空碳管炉，放电等离子体烧结炉或热压炉等。
[0088]本发明提供的金刚石-金属复合材料的制备方法将金刚石表面改性原位生长纳米晶须与超高导热复合材料制备结合起来，通过调节金刚石表面预处理过程中的气氛、压力和温度，在高温下处理金刚石颗粒表面，原位生长纳米晶须，显著提高了金刚石与金属之间的结合强度，从而减小了热阻，提高了导热率，且制得的复合材料热膨胀系数可控。
[0089]现以氮化硼纳米晶须为例，说明本发明的制备方法主要包括以下优点:
[0090](I)金刚石颗粒通过预处理步骤，金刚石颗粒表面原位生长出氮化硼纳米晶须(作为氮化硼层或界面增强相)，不仅提高了金刚石界面与金属(如铜)的接触面积，而且由于在高温下金属与氮化硼之间的润湿性很好，相较于金属与金刚石直接结合，通过氮化硼层结合的金刚石和金属之间的润湿程度显著改善，且氮化硼具有优异的导热率，氮化硼层的厚度可以通过改变预处理的温度和保温时间来调节，使得经快速烧结致密化获得的复合材料具有高导热性能，以及可控的热膨胀系数。而且氮化硼层(或界面增强相)在金属基体中分布均匀，因此金刚石和金属之间的界面结合强度高。
[0091](2)金刚石预处理步骤的温度低(最高温度约为1150°C )，处理时间短，因此，在如氮气或氨气等气氛下，能极大地阻止金刚石石墨化。
[0092]采用本发明制备方法获得的金刚石-金属复合材料导热率高达700W/m.K,热膨胀低于7.6 μ m/m.V，致密度达96%以上。
[0093]应用
[0094]本发明的金刚石一金属复合材料性能优异，在机械、材料、电子等多方面具有很好的应用前景，例如用于制备机械制品、复合材料、电子元器件等。
[0095]在另一优选例中，所述的机械制品包括:刀具、磨具、锉刀、砂轮、锯片、钻头等。
[0096]在另一优选例中，所述的电子元器件包括:封装基材、散热片等。
[0097]本发明主要具有以下优点:
[0098]1.本发明提供了一种金刚石-金属复合材料，该复合材料具有三维结构，且具有界面强度高，导热率高、热膨胀系数低且可控、致密性好等优点。
[0099]2.本发明还提供一种金刚石-金属复合材料的制备方法，该方法工艺简单、方便、经济成本低，适合工业化。
[0100]下面结合具体实施，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。除非特别说明，本发明所用原料或试 剂均市售可得。除非特别说明，按常规方法测试本发明的复合材料的密度、导热率、热膨胀系数等性能。
[0101]实施例1金刚石-铜复合材料I的制备
[0102]1.1金刚石颗粒的预处理
[0103]将平均粒径分别为约300 μ m和约80 μ m的金刚石颗粒(质量比为3:1)，与高纯铜粉和少量硼粉混合均匀，形成混合粉末，其中，按混合粉末的总重量计算，铜粉质量分数为60%，B粉的质量分数为5%，放入真空碳管炉中，抽真空至真空度为10_2Pa，然后通入氮气或氨气，气压力为IPa- 120kPa，升温速率为150°C /min升温至1100°C，保温20min，然后随炉冷却至室温。将高温处理过的混合粉末取出，分别过30目、60目、80目、100目、150目筛，去除过剩的铜粉与硼粉，获得表面生长有氮化硼纳米晶须的金刚石颗粒。
[0104]图2为表面生长有氮化硼纳米晶须的金刚石颗粒的扫描电子显微镜照片，其中所示纳米线状物质即为金刚石表面原位生长的氮化硼纳米晶须。
[0105]图3为一个氮化硼纳米晶须的透射电子显微镜照片(图3A)及相应的电子衍射照片(图3B)。电子衍射照片证明纳米线状物质为结晶化的氮化硼晶须。在晶须顶部的暗色颗粒为铜颗粒。氮化硼晶须在金刚石表面生长过程中铜元素起到的作用是促进晶须形核生长的催化剂作用，在晶须生长后铜元素以纳米颗粒的形式固嵌于晶须顶部。晶须顶部固嵌的铜颗粒，在随后合成的金刚石-铜复合材料中会进一步增进晶须与铜基体的结合性。
[0106]1.2制备金刚石-铜复合材料
[0107]将经前述步骤处理的金刚石颗粒与高纯铜粉共同混合均匀，按混合后的粉料总重量计算，铜粉质量分数为60%，将混合后的粉料在放电等离子体烧结炉模具中，以升温速率1500C /min加热至920°C进行烧结，保温时间为6min，烧结压力为50MPa ;然后随炉冷却至室温，得到金刚石-铜复合材料I，其密度为6.226g/cm3，导热率为702W/m.K，热膨胀系数为 6.22 μ m/m.K。[0108]实施例2金刚石-铜复合材料2的制备
[0109]2.1金刚石颗粒的预处理
[0110]将平均粒径为200 μ m左右的金刚石颗粒与高纯铜粉和少量硼酸混合均匀，制成浆料，按浆料总重量计算，铜粉质量分数为60%，硼酸的质量分数为5%，将浆料放入真空碳管炉中，抽真空至真空度为10_2Pa，然后通入氮气或氨气，气压力为lPa_120kPa，升温速率为150°C /min升温至1100°C，保温20min，然后随炉冷却至室温。将高温处理过的混合粉末取出，分别过30目、60目、80目、100目、150目筛，去除过剩的铜粉，获得表面生长有氮化硼纳米晶须的金刚石颗粒。
[0111]2.2制备金刚石-铜复合材料
[0112]将经前述步骤处理的金刚石颗粒与高纯铜粉共同混合均匀，按混合后的粉料总重量计算，铜粉质量分数为70%，将混合后的粉料在放电等离子体烧结炉模具中以升温速率1500C /min加热至950°C进行烧结，烧结压力为30MPa，得到金刚石-铜复合材料2，其密度为7.01g/cm3，导热率为667ff/m.K，热膨胀系数为7.254 μ m/m.K。
[0113]实施例3金刚石-铜复合材料3的制备
[0114]3.1金刚石颗粒的预处理
[0115]在平均粒径为300 μ m左右的金刚石颗粒表面溅射一层硼膜，膜厚为1_100 μ m。然后再次溅射一层铜膜，膜厚为0.1-100 μ m。将镀膜后的金刚石颗粒放入真空碳管炉中，抽真空至真空度为10_2Pa，然后通入氮气或氨气，气压力为IPa- 120kPa，升温速率为150°C/min升温至1100°C，保温20min，然后随炉冷却至室温，获得表面生长有氮化硼纳米晶须的金刚
石颗粒。
[0116]3.2制备金刚石-铜复合材料
[0117]将经前述步骤处理的金刚石颗粒与高纯铜粉共同混合均匀，按混合后的粉料的总重量计算，铜粉质量分数为60%，将混合后的粉料在真空热压炉模具中以升温速率50°C /min加热至950°C进行烧结，烧结压力为20MPa，制得金刚石-铜复合材料3，其密度为
7.12g/cm3,导热率为 672W/m.K，热膨胀系数为 6.844 μ m/m.K。
[0118]实施例4金刚石-铜复合材料4的制备
[0119]4.1金刚石颗粒的预处理
[0120]将平均粒径分别为约300 μ m和约80 μ m的金刚石颗粒(质量比为3:1)，与高纯铜粉和少量硼粉混合均匀，形成混合粉末，其中，按混合粉末的总重量计算，铜粉质量分数为60%，B粉的质量分数为5%，放入真空碳管炉中，抽真空至真空度为10_2Pa，升温速率为150°C /min升温至1100°C，保温20min，然后随炉冷却至室温。将高温处理过的混合粉末取出，分别过30目、60目、80目、100目、150目筛，去除过剩的铜粉与硼粉，获得表面生长有硼纳米晶须的金刚石颗粒。
[0121]4.2制备金刚石-铜复合材料
[0122] 将经前述步骤处理的金刚石颗粒与高纯铜粉共同混合均匀，按混合后的粉料总重量计算，铜粉质量分数为60%，将混合后的粉料在放电等离子体烧结炉模具中，以升温速率1500C /min加热至920°C进行烧结，保温时间为6min，烧结压力为50MPa ;然后随炉冷却至室温，得到金刚石-铜复合材料4，其密度为6.356g/cm3,导热率为685W/m.K，热膨胀系数为 6.57 μ m/m.K。[0123]实施例5金刚石-铜复合材料5的制备
[0124]5.1金刚石颗粒的预处理
[0125]将平均粒径分别为约300 μ m和约80 μ m的金刚石颗粒(质量比为3:1)，与高纯铜粉和少量硼粉混合均匀，形成混合粉末，其中，按混合粉末的总重量计算，铜粉质量分数为60%，B粉的质量分数为5%，放入真空碳管炉中，抽真空至真空度为10_2Pa，然后通入氮气或氨气，气压力为IPa- 120kPa，升温速率为150°C /min升温至1100°C，保温20min，然后随炉冷却至室温。将高温处理过的混合粉末取出，分别过30目、60目、80目、100目、150目筛，去除过剩的铜粉与硼粉，获得表面生长有氮化硼纳米晶须的金刚石颗粒。
[0126]5.2制备金刚 石-铜复合材料
[0127]将经前述步骤处理的金刚石颗粒均匀铺在铜片上，然后在均匀铺好后的金刚石粉体表面放置铜片一层，然后放入放电等离子体烧结炉模具中，以升温速率150°C /min加热至920°C进行烧结，保温时间为6min，烧结压力为50MPa ;然后随炉冷却至室温，得到金刚石-铜复合材料5，其密度为6.578g/cm3,导热率为622W/m -K,热膨胀系数为6.01 μ m/m.Κ。
[0128]经常规方法测试可知，上述实施例中的纳米晶须的直径为l_5000nm，长度为
0.1-300 μ m，且在金刚石颗粒表面的密度为1-10000个/μ m2。
[0129]在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种高热导性能的金刚石-金属复合材料，其特征在于，所述的复合材料包括金属基体以及分布于所述基体内部和/或表面的金刚石颗粒，其中至少部分或全部所述金刚石颗粒通过纳米晶须结合于所述金属基体。
2.如权利要求1所述的金刚石-金属复合材料，其特征在于，所述的纳米晶须为硼纳米晶须或氮化硼纳米晶须。
3.如权利要求1所述的金刚石-金属复合材料，其特征在于，所述的高导热性能的金刚石-金属复合材料具有如下一种或多种特征: (a)密度为6-8.5g/cm3 ;和/或 (b)导热率≥400ff/m.K ;和/或 (C)热膨胀系数≤15 μ m/m.K。
4.如权利要求1所述的金刚石-金属复合材料，其特征在于， 所述的纳米晶须具有如下特征:(i)直径为l-5000nm;和/或(ii)长度为0.1-300 μ m;和/或(iii)在金刚石颗粒表面的密度为1- 10000个/μ m2 ;和/或所述的金刚石颗粒的粒径为0.1-1000 μ m。
5.如权利要求1所述 的金刚石-金属复合材料，其特征在于，所述的金属基体包括:铜、铝、银、或它们的合金。
6.一种金刚石-金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤: (1)在金刚石颗粒表面原位生长纳米晶须，从而形成金刚石一纳米晶须复合体；以及 (2)将步骤(1)的金刚石一纳米晶须复合体与金属基体进行烧结处理，从而形成权利要求I所述的金刚石-金属复合材料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于， 所述的金属基体包括:铜、铝、银、或它们的合金；和/或 所述的纳米晶须为硼纳米晶须或氮化硼纳米晶须。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，按金刚石一纳米晶须复合体与金属基体的总重量计算，金属基体的质量分数为10 - 90%。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于， 所述步骤(1)包括步骤: (1.1)提供包含金刚石颗粒、硼原料和金属催化剂的混合物； (1.2)在真空中、或在氢气、氩气、或其组合气体的还原性气氛或惰性气氛中，将步骤(1.D的混合物进行加热反应，从而形成金刚石一硼纳米晶须复合体；以及 任选地(1.3)将步骤(1.2)获得的金刚石一硼纳米晶须复合体在氮气或氨气中进行加热反应，从而形成金刚石一氮化硼纳米晶须复合体； 或所述步骤(1)包括步骤: (1-1)提供包含金刚石颗粒、硼原料和金属催化剂的混合物；和(1-2)在氮气或氨气中，将步骤(1-1)的混合物进行加热反应，从而形成金刚石一氮化硼纳米晶须复合体。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)为:在800- 1150°C下，在10 - 150MPa下，将步骤(1)的金刚石一纳米晶须复合体与金属基体进行烧结处理，从而形成金刚石-金属复合材料。
11.一种制品，其特征在于，包含权利要求1所述的金刚石-金属复合材料。
12.如权利要求1所述的金刚石-金属复合材料的用途，其特征在于，用于机械制品、复合材料或 电子元器件。
【文档编号】C22C101/20GK103966533SQ201310041982
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月30日 优先权日:2013年1月30日
【发明者】江南, 张文武, 白华, 戴丹 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所