一种片状金刚石增强金属基复合材料及制备方法_3

文档序号:9467133阅读:来源:国知局
行表面改性,使该复合材料具有优异的导热性能;
[0045](6)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。
【附图说明】
[0046]附图1a为平板状二维金刚石薄片均匀排布结构示意图。
[0047]附图1b为平板状二维金刚石薄片随机排布结构示意图。
[0048]附图2a为衬支撑单面沉积表面改性后金刚石片。
[0049]附图2b为衬支撑双面沉积表面改性后金刚石片。
[0050]附图2c为自支撑表面改性后金刚石片。
[0051]附图3为多孔网板金属衬底结构示意图。
[0052]附图4为波浪板结构金属衬底横断面示意图。
[0053]附图5为圆筒型多孔网板金属衬底不意图。
[0054]附图6a为圆筒状同心轴结构多孔网板金属衬底横断面示意图。
[0055]附图6b为卷筒状同心轴结构多孔网板金属衬底横断面示意图。
[0056]附图6c为另一种卷筒状同心轴结构多孔网板金属衬底横断面示意图。
[0057]附图7a、附图7b、附图7c为实施例2中带有圆筒状金属衬底的金刚石薄膜制备方式示意图。
[0058]附图2中,1---金属衬底,2---金刚石膜,3---表面改性金属膜;
[0059]附图7中,4圆筒状金属衬底,5直线型热丝,6螺旋型热丝或为筒状热箔;
[0060]附图7(b)示出了,采用热丝化学气相沉积技术在圆筒状衬底外表面和内表面沉积高质量金刚石,使金刚石覆盖衬底内外所有表面,形成连续的金刚石膜。金属衬底可进行连续自转。
【具体实施方式】
[0061]下面通过具体的实施例进一步描述本发明的技术方案。
[0062]本发明实施例按以下工艺或步骤进行:
[0063](I)对片状金属衬底进行前期处理
[0064]按以下步骤进行处理:(1)使用800#金相砂纸进行打磨,然后在丙酮中进行超声震荡清洗;(2)然后,金属衬底浸泡于微细金刚石粉丙酮悬浊液超声震荡处理30min ;
[0065](2)采用热丝化学气相沉积在金属衬底表面沉积连续致密的金刚石膜
[0066]采用热丝法、微波等离子法、火焰法、直流放电法、直流等离子体喷射法、低压射频法、常压射频、电子回旋共振法等各种化学气相沉积方法在二维金属衬底表面沉积金刚石,可得到衬支撑金刚石片,金刚石膜层厚度为0.005?0.5mmο刻蚀衬支撑金刚石片的片状基材后,可获得片状自支撑金刚石片。
[0067](3)自支撑金刚石片与衬支撑金刚石片表面改性处理
[0068]采用磁控溅射、真空蒸发、化学镀中的任意一种镀覆方式在片状金刚石表面制备Ni膜/Cu膜(厚度为30?100nm/3?10 μ m)或NiCu合金膜(厚度为3?10 μ m);然后再采用化学气相沉积在Ni膜/Cu膜或NiCu合金膜表面制备石墨烯膜,厚度为I?50 μ m。
[0069](4)改性后的金刚石片的排布
[0070]可以随机分布,亦可以均匀排布
[0071](5)高导热金属基填充及致密化工艺
[0072]热压烧结、熔渗或熔铸等热处理或致密化工艺
[0073]实施例一:
[0074]选用厚度为0.05mm的妈箔作为金属衬底,首先按照步骤(I)对金属衬底表面进行前期处理;然后按照步骤(2)采用热丝CVD沉积金刚石膜,沉积工艺参数:热丝距离6mm,基体温度800°C,热丝温度2200°C,沉积压强3KPa,沉积时间40小时,CH4/H2体积流量比1:99,得到金刚石膜厚度60 μ m,即得到金刚石薄片;(3)采用磁控溅射方法在带芯金刚石薄片表面先溅射一层金属Ni膜,溅射功率为150W,压强0.4Pa,基体温度300°C,氩气流量20sccm,Ni膜厚度为1.0 μπι;再采用化学气相沉积技术在Ni膜表面沉积一层石墨稀膜,膜层厚度0.34nm ;然后再采用电镀技术在石墨稀表面沉积一层金属Cu膜,厚度约为5 μ m ;(4)将表面镀Ni/石墨烯/Cu的金刚石薄片定向均匀排布于模具中,排布距离1_,排布方式如图1(a);即得到片状金刚石阵列骨架;(5)将片状金刚石阵列骨架固定放入模具中,同时将纯铝在坩祸中加热熔化至800°C,将纯铝熔体浇注到模具内,采用液压机施压60Mpa的压力,迫使铝或铝合金熔体浸渗进入骨架中金刚石线的间隙处,保持压力15秒,冷却脱模,取出复合材料。性能测试结果:热导率为582W/(m.K)。
[0075]实施例二:
[0076]选用厚度为0.05mm的铜箔作为金属衬底,并将其卷成直径为12mm、10mm、8mm的圆筒状。首先按照步骤(I)对金属衬底表面进行前期处理;然后按照步骤(2)采用热丝CVD沉积在每个圆桶状金属衬底内外表面沉积金刚石膜,热丝排布方式如图7所示。沉积工艺参数:热丝距离6mm,基体温度850°C,热丝温度2200°C,沉积压强3KPa,沉积时间50小时,014/取体积流量比1:99,得到金刚石膜厚度100 μ m,即得到带金属衬底金刚石片;(3)采用磁控派射方法在金刚石片内外表面派射一层金属Cu膜,派射功率为150W,压强0.4Pa,基体温度300°C,氩气流量20sCCm,Cu膜厚度为l.0ym ;再采用化学气相沉积技术在Cu膜表面沉积一层石墨稀膜,厚度约为Inm ;然后再采用电镀技术在石墨稀表面沉积一层Cu膜,厚度约为10 μπι; (4)将三个表面镀Cu/石墨烯/Cu的带金属衬底的圆筒状的金刚石片以同心轴的方式定向均匀排布于模具中,排布距离2_,即得到片状金刚石阵列骨架;(5)将片状金刚石阵列骨架固定放入模具中,将金刚石骨架体积的2倍Al-Si合金放置在骨架上方,其中Si的质量含量为15%,然后放入加热炉中,在高纯氮气保护下900°C保温30min,即可制得片状金刚石增强金属基复合材料,复合材料热导率为765W/(m.K)。
[0077]实施例三:
[0078]选用厚度为1.5mm硅片作为片状基材,首先按照步骤(I)对硅基体表面进行前期处理;然后按照步骤(2)采用热丝CVD沉积金刚石膜,沉积工艺参数:热丝距离6mm,基体温度900°C,热丝温度2300°C,沉积压强3KPa,沉积时间300小时,CH4/H2体积流量比3:97,得到金刚石膜厚度600 μπι,刻蚀片状硅基材后,获得片状自支撑金刚石;(3)采用磁控溅射方法在金刚石片表面先溅射一层金属Ni膜,溅射功率为200W,压强0.3Pa,基体温度350°C,氩气流量50sCCm,Ni膜厚度为0.5 μπι ;再采用化学气相沉积技术在Ni膜表面制备石墨烯膜,厚度为0.34nm,然后再采用电沉积技术在石墨稀膜层表面制备一层Cu膜,膜层厚度5 μ m ;
(4)将表面镀Ni/石墨稀/Cu的全金刚石片定向均勾排布于模具中,排布间距2mm ; (5)金刚石片的间隙处填充
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