一种金刚石/铝复合材料的深冷处理方法与流程

本发明属于颗粒增强金属基复合材料深冷处理技术领域，具体涉及一种金刚石/铝的深冷处理方法。

背景技术：

金刚石/铝复合材料由于具有低密度、可调的热膨胀系数、导热性能优异等优势而被认为在微电子、动力电池、航空航天等领域具有广阔应用前景的新材料。但由于金刚石与铝润湿性差，使得任何制备方法都不可能让金刚石/铝复合材料达到完全致密，从而导致金刚石/铝复合材料没有达到预期优异导热性能。因此，寻找一种能够提高金刚石/铝复合材料导热性能的方法十分必要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种金刚石/铝复合材料的深冷处理方法，解决金刚石/铝复合材料致密性的问题。

本发明金刚石/铝复合材料的深冷处理方法，具体步骤如下：

步骤（1），金刚石/铝复合材料制备：先对金刚石颗粒预处理去除表面杂质，将经过预处理的金刚石颗粒与铝粉混合后进行研磨及搅拌处理，采用冷压成型，选用50mpa的压力，保压5min，脱模后进行干燥，最后将金刚石/铝坯体置于管式气氛炉中，通氩气，加热至875℃，保温1h，完成后关闭加热装置，随炉冷却至室温，制得金刚石/铝复合材料；

步骤（2），将步骤（1）制备的金刚石/铝复合材料用细砂纸打磨除去表面的氧化物，然后用超声波和酒精清洗金刚石/铝复合材料表面的残留物和水分；

步骤（3），将步骤（2）清洗后的金刚石/铝复合材料放置于充满液氮的深冷处理设备的试样架上，密封深冷处理设备，进行深冷处理，深冷处理后，打开深冷处理设备，取出试样放置在室温下，即得到深冷处理的金刚石/铝复合材料。

进一步地，步骤（1）中所述金刚石为人造金刚石，人造金刚石选用mdg500型，粒度为120-140目，所述铝粉纯度为99.95%，粒度为300目。

进一步地，所述步骤（3）深冷处理的具体参数为：深冷次数为1次，保温温度为-196℃，保温时间为24h。

本发明的有益效果是，

1、本发明金刚石/铝复合材料的深冷处理方法，通过深冷过程中金刚石/铝复合材料会产生明显的体积收缩现象，使复合材料中内部微孔和空位等缺陷产生弥合，降低金刚石/铝复合材料的孔隙率，从而提高金刚石/铝复合材料热导率。

2、本发明金刚石/铝复合材料的深冷处理方法，通过深冷处理工艺降低了金刚石和铝热膨胀系数不匹配，在金刚石/铝复合材料界面处引入的热错配应力，从而减少了由于这种热错配应力引起的晶格畸变，进而降低金刚石/铝复合材料的界面热阻，提高了金刚石/铝复合材料的热导率。

3、本发明金刚石/铝复合材料的深冷处理方法，深冷处理作为一种特殊的热处理工艺，其过程具有无污染，操作方便，成本低等优势。本发明提高金刚石/铝复合材料致密性，可运用于其他颗粒增强金属基复合材料的处理，致密性是提高复合材料热导率的关键问题。

附图说明

附图1是深冷前金刚石/铝复合材料的组织形貌图；

附图2是深冷后金刚石/铝复合材料的组织形貌图

附图3是实施例1深冷前后复合材料热导率。

具体实施方式

下面结合附图和具体实验方式对本发明进行详细说明。

本发明金刚石/铝复合材料的深冷处理方法，具体步骤如下：

步骤1，采用的原材料为铝粉和人造金刚石，其中铝粉纯度为99.95%，粒度为300目，人造金刚石选用mdg500型，粒度为120-140目。先对金刚石颗粒预处理，去除表面杂质。将经过预处理的金刚石颗粒与铝粉混合后进行研磨及搅拌处理。采用冷压成型，选用50mpa的压力，保压5min，脱模后进行干燥。最后将金刚石/铝坯体置于管式气氛炉中，通氩气，加热至875℃，保温1h，完成后关闭加热装置，随炉冷却至室温。

步骤2，将步骤1制备的金刚石/铝复合材料用细砂纸打磨除去表面的氧化物，然后用超声波和酒精清洗金刚石/铝复合材料表面的残留物和水分。

步骤3，将步骤2清洗后的金刚石/铝复合材料放置于充满液氮的深冷处理设备的试样架上，密封深冷处理设备。深冷处理后，打开深冷处理设备，取出试样放置在室温下，即得到深冷处理的金刚石/铝复合材料。

实施例1

步骤1，将制备好的金刚石/铝复合材料用细砂纸打磨除去表面的氧化物，然后用超声波和酒精清洗金刚石/铝复合材料表面的残留物和水分。

步骤2，将步骤1清洗后的金刚石/铝复合材料放置于充满液氮的深冷处理设备的试样架上，密封深冷处理设备。深冷处理后，打开深冷处理设备，取出试样放置在室温下。工艺参数：保温温度为-196℃，保温时间为24h。

如图1所示，深冷前，金刚石颗粒在基体中分布均匀，铝基体存在明显的孔洞，界面处有孔隙、微孔等缺陷。深冷后，铝基体的孔隙大量减少，金刚石颗粒被铝很好地包裹起来，两相结合紧密，界面处无明显的微孔、间隙等缺陷。主要由于深冷过程中，由于体积收缩效应，孔隙及微孔等缺陷得到弥合。

如图2为深冷前后金刚石/铝复合材料热导率。

技术特征：

技术总结
一种金刚石/铝复合材料的深冷处理方法,属于颗粒增强金属基复合材料研究领域，其特征在于将通过粉末冶金、熔渗或热压等方法制备出的金刚石/铝复合材料放置于深冷处理设备试样架上，密封深冷处理设备。深冷处理后，打开深冷处理设备，取出试样放置在室温下。通过深冷处理后，金刚石/铝复合材料热导率从243W/m·K提高了269W/m·K。本发明金刚石/铝复合材料可以显著提高其致密度，降低孔隙、裂纹等缺陷，从而有效提高金刚石/铝复合材料的热导率，特别针对粉末冶金法制备的金刚石/铝复合材料。

技术研发人员：董应虎;张永杰;张进;张瑞卿;陈庆军;叶志国;周贤良
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2017.07.18
技术公布日：2017.11.17