一种片状金刚石增强金属基复合材料及制备方法_2

文档序号:9467133阅读:来源:国知局
然后采用熔铸、熔渗、冷压烧结、热压烧结、等离子烧结中的一种工艺,将基体金属与金刚石骨架复合,得到金刚石薄片与基体金属冶金结合的片状金刚石增强金属基复合材料;或
[0021]采用熔铸、熔渗、冷压烧结、热压烧结、等离子烧结中的一种工艺,将包含表面改性金刚石颗粒的基体金属与金刚石骨架复合,得到金刚石薄片与基体金属冶金结合的片状金刚石增强金属基复合材料。
[0022]本发明一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法,表面改性金刚石薄片为自支撑金刚石片或包含衬底的衬支撑金刚石片;
[0023]所述自支撑金刚石片采用化学气相沉积方法在片状金属衬底的一个侧面沉积金刚石,刻蚀衬底后,获得自支撑金刚石片,自支撑金刚石片厚度为0.005?1.0mm ;或
[0024]所述衬支撑金刚石片采用化学气相沉积方法在片状金属衬底的一个侧面或两侧沉积金刚石,获得衬支撑金刚石片,衬支撑金刚石片中金刚石膜层厚度为0.005?1.0mm ;
[0025]所述化学气相沉积方法选自热丝辅助法、微波等离子增强法、火焰燃烧法、直流放电法、直流等尚子体喷射法、低压射频法、常压射频法、电子回旋共振法中的一种。
[0026]本发明一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法,所述衬支撑金刚石片,在化学气相沉积金刚石之前,对金属衬底表面进行预处理,预处理工艺是:
[0027]对于可形成强碳化物的片状金属衬底,将片状金属衬底除油、除垢、电化学抛光后,直接浸泡于微细金刚石粉悬浊液中,进行超声波震荡种植籽晶预处理;
[0028]可形成强碳化物的片状金属衬底材料选自W、Mo、T1、Cr、Ta、S1、Nb中的一种;或
[0029]对于不可形成强碳化物的片状金属衬底,为改善金刚石与芯材的界面结合,将片状金属衬底除油、除垢、电化学抛光后,采用物理气相沉积或者电沉积技术在金属衬底表面制备可形成强碳化物的薄膜(如W、Mo、T1、Cr、Ta、S1、Nb等薄膜),并根据衬底的特性选择单层、多层或合金膜,然后,直接浸泡于微细金刚石粉悬浊液中进行超声波震荡种植籽晶预处理;
[0030]不可形成强碳化物的金属衬底材料选自Cu、Ag、Au、N1、Al、Co中的一种。
[0031]本发明一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法,表面改性片状金刚石和表面改性金刚石颗粒采用磁控溅射、真空蒸发、电镀、化学镀中的至少一种镀覆方式实现表面改性。
[0032]本发明一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法,所述熔铸是将含改性金刚石颗粒或不含改性金刚石颗粒的基体金属与金刚石骨架一并放入石墨模具中,然后将其放入真空熔炼炉或气氛保护熔炼炉中加热至基体金属熔点以上400?1300°C熔炼,冷却脱模,得到片状金刚石增强金属基复合材料;或
[0033]先将基体金属在坩祸中加热至基体金属熔点以上400?1300°C,获得熔融基体金属,直接将金刚石骨架浸置于液态的基体金属中,或向熔融基体金属中添加改性金刚石颗粒、搅拌均匀后,将金刚石骨架浸置于液态的基体金属中,冷却,得到片状金刚石增强金属基复合材料。
[0034]本发明一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法,所述熔渗是将金刚石骨架置于熔渗模具中,进行预热,在真空或保护气氛环境下,将含改性金刚石颗粒或不含改性金刚石颗粒的熔融态的基体金属加压熔渗至熔渗模具中,与金刚石骨架进行复合,金刚石骨架的预热温度控制在400?1100°C范围,熔渗压力为8?30MPa,熔渗温度控制在基体金属熔点以上400?1300°C,熔渗保温时间为0.5?4小时,得到片状金刚石增强金属基复合材料。
[0035]本发明一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法,所述冷压烧结是将基体金属粉或含改性金刚石颗粒的基体金属粉加入加入金刚石骨架中,放入模具中冷压成型,压力为400?800Mpa,然后在真空或保护气氛下进行烧结,烧结温度控制在基体金属熔点附近偏下375?1083°C,烧结保温时间为0.5?4小时,冷却脱模,得到片状金刚石增强金属基复合材料。
[0036]本发明一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法,所述热压烧结是将基体金属粉或含改性金刚石颗粒的基体金属粉加入金刚石骨架中,放入真空热压炉或保护气氛热压炉中热压烧结,压力为30?200Mpa,烧结温度控制在基体金属熔点附近偏下375?1083°C,烧结保温时间为0.5?4小时,冷却脱模,得到片状金刚石增强金属基复合材料。,
[0037]本发明一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法,所述等离子烧结是将基体金属粉或含改性金刚石颗粒的基体金属粉加入金刚石骨架中,压制后,压制后,放入等离子烧结炉中,真空,压制压力为30?70MPa下进行烧结,烧结温度控制在基体金属熔点以下375?1080 °C,烧结保温时间为5?30分钟。
[0038]发明人根据自然界中“水栗”对水流的作用,巧妙地将“热栗”概念引入到金刚石/金属复合材料中,通过在金属中排布金刚石片,使金刚石片与金属实现冶金结合并形成并联结构,像“水栗”一样将热流不断地抽出,把周围金属基体中热量不断吸入最近邻的金刚石片中被迅速抽出。本发明基于上述思路,选用金刚石薄片、金刚石颗粒与高导热金属基体复合,每个金刚石薄片均相当于无数金刚石丝并列排布,因此,金刚石的体积含量大大增加;在片状金属衬底表面制备金刚石薄膜,属于一体成型,制备效率更高;可根据实际情况,设计导热效率与导热方向,灵活性高;片状金属衬底可以设计成不同形貌的网孔状,再在其表面沉积连续致密的金刚石膜,即得到带有网孔的金刚石薄片,从而进一步改善金刚石片与金属基体的结合;通过在金刚石薄片表面镀覆一层或多层与金刚石润湿性好的金属薄膜,然后再在其最表层制备与金属基材具有良好润湿性的一层或多层薄膜,再通过不同烧结和致密化工艺,金刚石表面的金属或碳化物等向金刚石与金属基体发生界面扩散或反应,可使复合界面结合强度得到明显强化,材料的热导率可获得不同程度的改善;复合材料制备过程中,将经过表面改性处理后的金刚石颗粒加入到高导热金属材料(如铝、铜、银及其合金等)中,通过烧结致密化工艺,使其弥散分布于金属基体中,可进一步提升片状金刚石骨架增强金属基复合材料的热导率。换言之,本专利无论在复合材料结构和组成方面,还是在制备方法方面都做出了巨大的创新和改进。
[0039]与已有技术相比,一种片状金刚石增强金属基复合材料,选用金刚石薄片、金刚石颗粒与高导热金属基体复合,具有以下优势:
[0040](I)每个金刚石薄片均相当于无数金刚石丝并列排布,因此,金刚石的体积含量大大增加;
[0041](2)在片状金属衬底表面制备金刚石薄膜,属于一体成型,制备效率更高;
[0042](3)可根据实际情况,设计导热效率与导热方向,灵活性高;
[0043](4)片状金属衬底可以设计成不同形貌的网孔状,再在其表面沉积连续致密的金刚石膜,即得到带有网孔的金刚石薄片,从而进一步改善金刚石片与金属基体的结合;
[0044](5)金刚石薄片采用底层金属膜与面层金属膜之间夹装高导热石墨烯层的三明治构成进
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