表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电子信息工业用的电子封装材料领域，特别地，涉及一种表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料。此外，本发明还涉及一种包括上述表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的制备方法和应用。

背景技术：

随着大功率第三代半导体氮化镓等芯片的大量应用和高能激光武器的逐渐列装，对封装材料的散热要求日益严苛。现有的封装材料如铜/钼/铜、铝硅、铝碳化硅等散热能力有限，难以满足大功率电子器件封装需求，开发新一代高导热封装材料已成为高功率器件发展应用中亟待解决的问题。

金刚石是自然界中导热最好的材料，常温下热导率最高可达2200w/(m·k)，热膨胀系数为8.6×10^-7/k，符合电子封装材料高导热和低膨胀系数的使用要求。铝及其合金是工业领域内最重要的工程材料之一，具有优良的导热和导电性。将金刚石和铝基体结合起来不但具有较高的热导率，还满足电子封装器件低膨胀和轻质化的要求，是一种极具竞争力的新型电子封装材料。因此，铝金刚石复合材料正逐渐成为新一代封装材料的研究热点。

经过十余年的研发，铝金刚石复合材料的制备方法日趋成熟，主要表现有粉末冶金法、放电等离子烧结法、压力浸渗法等，制备的铝金刚石复合材料的主要性能指标也已达到先进水平。

专利cn202010087108.4金刚石-金属复合材料的熔渗制备工艺及金刚石-金属复合材料，提出采用丝网方式限定金刚石颗粒在浸渗过程时在铜液中的浮动，该方式可以在上下表面形成薄层金属层，但侧表面不易获得薄金属层，特别不适合铝金刚石和铜金刚石异形件和复杂件。

专利cn201910868939.2公开了一种陶瓷膜修饰的金刚石/铝复合材料及其无压浸渗制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：在金刚石粉表面镀上陶瓷膜，膜厚30～300nm；在金刚石粉预制体上，放置铝合金锭，在压强0.08～0.15mpa的氮气气氛中加热，得到金刚石/铝复合材料。此类铝金刚石材料表面无金属层，金刚石颗粒裸露在外。

专利cn201910412310.7发明提出使用粒径超过400μm金刚石颗粒以及双粒径金刚石颗粒混合物作为增强相提高金刚石体积分数，并利用气压浸渗法制备复合材料，获得具有超高热导率和低密度的金刚石/铝复合材料。此类铝金刚石材料表面仍无其他材料覆盖，金刚石颗粒易裸露在外。

专利cn201711045332.1首先准备近净成型模具；然后金刚石粉的表面镀膜；再进行装配气压浸；最后脱模得到金刚石/铝复合材料。此类铝金刚石材料表面亦无其他材料覆盖，金刚石颗粒易裸露在外。

目前国内制备的铝金刚石零部件制备过程中，金刚石颗粒容易发生裸露，金刚石颗粒的裸露导致以下两个问题：

(1)铝金刚石零部件表面粗糙度偏高，与半导体芯片或陶瓷基板连接时影响复合材料性能发挥。为了降低表面粗糙度，通常在铝金刚石复合材料表面镀镍、金或喷涂金属层，再对金属层抛光。这种工艺虽然可使铝金刚石复合材料表面粗糙度大大减低，但是工艺复杂且镀层较厚。由于金刚石颗粒和金属厚镀层之间热膨胀系数差异较大，应用过程中容易产生界面应力导致镀层鼓包和脱落问题出现，无法满足温度循环要求高的航空航天等领域使用。

(2)由于金刚石是最难加工的材料，当金刚石颗粒裸露时，为了保证产品的尺寸精度和平面度，只能采用研磨工艺或者激光刻蚀工艺加工，会导致加工效率低下和产品成本高。特别当产品图纸中有螺纹孔或者台阶孔时，激光刻蚀工艺也很难完成。

技术实现要素：

本发明提供了一种表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料及其制备方法和应用，以解决目前国内制备的铝金刚石零部件制备过程中，金刚石颗粒容易发生裸露，限制了铝金刚石产品使用范围的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料，包括：铝金刚石芯材和包覆在铝金刚石芯材外的表面铝碳化硅层；铝金刚石芯材包括铝基体和表面改性的金刚石颗粒；表面铝碳化硅层包括铝基体和碳化硅颗粒，且碳化硅颗粒的体积分数为60％～75％。

进一步地，表面铝碳化硅层中的铝基体与铝金刚石芯材中的铝基体为连续分布相。

进一步地，表面铝碳化硅层的厚度为0.03mm～0.20mm。

根据本发明的另一方面，还提供了一种表面覆金属层的铜金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

制备碳化硅预制件：对碳化硅颗粒进行成型处理，制备碳化硅预制件坯料，将碳化硅预制件坯料在真空或者保护气氛中，加热烧结，获得孔隙率为25％～40％的碳化硅预制件；

碳化硅预制件机加工：采用数控铣工艺对碳化硅预制件进行机加工，以形成用于包覆表面改性的金刚石颗粒的碳化硅预制件；

装填表面改性的金刚石颗粒：对金刚石颗粒进行表面改性处理，获得表面改性的金刚石颗粒，再将表面改性的金刚石颗粒装填到机加工后的碳化硅预制件内，形成复合坯料；

浸渗铝：将复合坯料与铝基体置于双室真空气压浸渗炉中，先抽真空并进行加热，使得铝基体熔化为铝液并浇注到复合坯料上，停止抽真空，再向双室真空气压浸渗炉通入保护气体，增加炉内压力，使得铝液在气体压力作用下浸渗到复合坯料中的碳化硅预制件和表面改性的金刚石颗料孔隙中，冷却，获得表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料。

进一步地，在制备碳化硅预制件的步骤中，碳化硅颗粒的粒径为45μm～125μm。

进一步地，碳化硅颗粒的成型处理采用干法模压法、注射成型法和凝胶注模法中的一种；加热烧结的温度为800℃～1000℃，时间为1h～5h。

进一步地，在装填表面改性的金刚石颗粒的步骤中，表面改性的金刚石颗粒的粒径为80μm～450μm。

进一步地，浸渗铝的步骤具体包括：将复合坯料置于石墨模具中，将带有复合坯料的石墨模具与铝基体置于双室真空气压浸渗炉中，先抽真空，对双室进行加热，控制装有石墨模具的下处理室的温度为570℃～680℃，控制装有铝基体的上处理室的温度为680℃～800℃，将铝基体形成的铝液浇注到石墨模具的复合坯料上，停止抽真空，再向双室真空气压浸渗炉通入保护气体，增加炉内压力达到1mpa～10mpa，恒温恒压保持5min～30min，使得铝液在气体压力作用下浸渗到复合坯料中的碳化硅预制件孔隙和表面改性的金刚石颗粒孔隙中，冷却后取出。

进一步地，在浸渗铝的步骤中，铝基体为铝基体为纯铝、3003铝合金、6061铝合金、6063铝合金、zl102铝合金、zl101a铝合金中的一种。

进一步地，在浸渗铝的步骤中，冷却后还包括精密机械加工处理。

本发明具有以下有益效果：

本发明的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料，包括铝金刚石芯材和包覆在铝金刚石芯材外的表面铝碳化硅层，上述表面铝碳化硅层可使铝金刚石芯材中的金刚石颗粒免于裸露，从而降低了制备成零部件时的机械加工难度，也降低了表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的表面粗糙度。同时，表面铝碳化硅层具有较高的热导率，且膨胀系数与铝金刚石层相匹配，从而使得铝金刚石芯材和表面铝碳化硅层二者间的界面应力较低，可以采用银基钎焊将表面镀镍的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料与柯伐等膨胀合金、钛合金和铜等进行钎焊，从而满足温度循环要求高的航天领域使用。而且，铝金刚石芯材使得表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料具有高导热、低膨胀系数、轻量化的优良特性。而且相比单一的铝碳化硅复合材料，铝金刚石芯材使得表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料具有更高的导热，而相较于表面覆铜的铜金刚石复合材料，表面铝碳化硅层与铝金刚石芯材的膨胀系数更相近，使用过程中界面应力更小，而且表面铝碳化硅层上易于加工，同时表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料大大减少了金刚石的用量及能耗，降低了生产成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例1的制备的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的结构示意图；

图2是本发明优选实施例1的a-a剖视图，1、碳化硅预制件盒体，2、碳化硅预制件盖板，3、金刚石颗粒；

图3是本发明优选实施例2的制备的表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的结构主视图；

图4是本发明优选实施例2的b-b剖视图；

图5是本发明优选实施例3的制备的表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的结构主视图；

图6是本发明优选实施例3的结构府视图；

图7是本发明优选实施例4的制备的表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的结构主视图；以及

图8是本发明优选实施例4的c-c剖视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明优选实施例1的制备的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的结构示意图；图2是本发明优选实施例1的a-a剖视图；图3是本发明优选实施例2的制备的表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的结构主视图；图4是本发明优选实施例2的b-b剖视图；图5是本发明优选实施例3的制备的表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的结构主视图；图6是本发明优选实施例3的结构府视图；图7是本发明优选实施例4的制备的表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的结构主视图；图8是本发明优选实施例4的c-c剖视图。

本实施例的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料，包括：铝金刚石芯材和包覆在铝金刚石芯材外的表面铝碳化硅层；铝金刚石芯材包括铝基体和表面改性的金刚石颗粒；表面铝碳化硅层包括铝基体和碳化硅颗粒，且碳化硅颗粒的体积分数为60％～75％。

本发明的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料，包括铝金刚石芯材和包覆在铝金刚石芯材外的表面铝碳化硅层，上述表面铝碳化硅层可使铝金刚石芯材中的金刚石颗粒免于裸露，从而减少制备成零部件时的机械加工难度，降低表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的表面粗糙度。同时，表面铝碳化硅层具有较高的热导率，且膨胀系数与铝金刚石层相匹配，从而使得铝金刚石芯材和表面铝碳化硅层二者间的界面应力较低，可以采用银基钎焊将表面镀镍的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料与柯伐等膨胀合金、钛合金和铜等进行钎焊，从而满足温度循环要求高的航天领域使用。而且，铝金刚石芯材使得表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料具有高导热、低膨胀系数、轻量化的优良特性。而且相比单一的铝碳化硅复合材料，铝金刚石芯材使得表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料具有更高的导热，而相较于表面覆铜的铜金刚石复合材料，表面铝碳化硅层与铝金刚石芯材的膨胀系数更相近，使用过程中界面应力更小，而且表面铝碳化硅层上易于加工，同时表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料大大减少了金刚石的用量，及能耗，降低了生产成本。

上述碳化硅颗粒的体积分数为60％～75％，当碳化硅颗粒体积分数低于60％时，导致表层铝碳化硅的膨胀系数与芯材铝金刚石的膨胀系数差异较大，从而使两者之间的界面处应力增加，降低航空航天领域零部件的可靠性。当碳化硅颗粒体积分数大于75％时，铝碳化硅材料的加工特性变差，对加工刀具磨损显著增加。

本实施例中，表面铝碳化硅层中的铝基体与铝金刚石芯材中的铝基体为连续分布相。上述表面铝碳化硅层中的铝基体与铝金刚石芯材中的铝基体为连续分布相，在表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料制备过程中，表面铝碳化硅层中的铝基体与铝金刚石芯材中的铝基体同步形成，从而成为连续分布相，保证了铝碳化硅层和铝金刚石芯材界面处具有高气密性和高结合强度。

本实施例中，表面铝碳化硅层的厚度为0.03mm～0.20mm。优选地，表面铝碳化硅层的厚度为0.05mm～0.10mm。铝碳化硅的热导率在180w/(m.k)～200w/(m.k)，铝金刚石的热导率大于450w/(m.k)，为了提高表面覆铝碳化硅层铝金刚石零部件的热导率，表面铝碳化硅层的厚度愈薄愈好，但从生产工艺控制来看，表面铝碳化硅层低于0.03mm后零部件的合格率明显降低。上述铝金刚石芯材外包覆表面铝碳化硅层，从而可以采用常规机械加工方法对于表面铝碳化硅层进行加工，生产效率高，尺寸精度高。

根据本发明的另一方面，还提供了一种表面覆金属层的铜金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

制备碳化硅预制件：对碳化硅颗粒进行成型处理，制备碳化硅预制件坯料，将碳化硅预制件坯料在真空或者保护气氛中，加热烧结，获得孔隙率为25％～40％的碳化硅预制件；

碳化硅预制件机加工：采用数控铣工艺对碳化硅预制件进行机加工，以形成用于包覆表面改性的金刚石颗粒的碳化硅预制件；

装填表面改性的金刚石颗粒：对金刚石颗粒进行表面改性处理，获得表面改性的金刚石颗粒，再将表面改性的金刚石颗粒装填到机加工后的碳化硅预制件内，形成复合坯料；

浸渗铝：将复合坯料与铝基体置于双室真空气压浸渗炉中，先抽真空并进行加热，使得铝基体熔化为铝液并浇注到复合坯料上，停止抽真空，再向双室真空气压浸渗炉通入保护气体，增加炉内压力，使得铝液在气体压力作用下浸渗到复合坯料中的碳化硅预制件和表面改性的金刚石颗料孔隙中，冷却，获得表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料。

上述表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的制备方法，首先制备预成型的多孔碳化硅预制件并加工成可包埋表面改性的金刚石颗粒的构造，其次将表面改性金刚石颗粒填入碳化硅预制件中，然后采用真空气压浸渗工艺制备表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料，还可依据需要采用精密机械加工技术获得所需零部件。上述制备方法简单，高效，成本低廉，制备的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的热导率高、热膨胀系数低。其中，在浸渗铝过程中，将复合坯料进行渗铝，熔融的铝液通过复合坯料的空隙进入内部，铝液与表面改性的金刚石颗粒充分接触，冷却后形成铝金刚石芯材；铝液与碳化硅预制件充分接触，冷却后形成表面铝碳化硅层，表面铝碳化硅层的膨胀系数与铝金刚石芯材的匹配性好，且与铝金刚石层结合强度更高，满足温度循环要求高的航空航天等领域使用。

上述碳化硅预制件机加工：采用数控铣工艺对碳化硅预制件进行机加工，加工出带有容纳表面改性的金刚石颗粒的空腔的碳化硅预制件，例如矩形体或圆柱体等。将表面改性的金刚石颗粒装填到机加工后的碳化硅预制件腔体内后，盖上碳化硅预制件盖板，形成复合坯料。

本实施例中，浸渗铝的步骤具体包括：将复合坯料置于石墨模具中，将带有复合坯料的石墨模具与铝基体置于双室真空气压浸渗炉中，先抽真空，对双室进行加热，控制装有石墨模具的下处理室的温度为570℃～680℃，控制装有铝基体的上处理室的温度为680℃～800℃，将铝基体形成的铝液浇注到石墨模具的复合坯料上，停止抽真空，再向双室真空气压浸渗炉通入保护气体，增加炉内压力达到1mpa～10mpa，恒温恒压保持5min～30min，使得铝液在气体压力作用下浸渗到复合坯料中的碳化硅预制件孔隙和表面改性的金刚石颗粒孔隙中，冷却后取出。上述通过浸渗铝基体方法，将铝液浸渗复合坯料内部空隙和表面，以形成表面铝碳化硅层和铝金刚石层，此阶段由于铝液同时对碳化硅预制件和表面改性的金刚石孔隙中进行浸渗，形成了连续的分布相，保证了铝碳化硅层和铝金刚石芯材界面处具有高气密性和高结合强度。

本实施例中，在制备碳化硅预制件的步骤中，碳化硅颗粒的粒径为45μm～125μm。在其它条件相同时，随着碳化硅粒径的增大，铝基体与铝碳化硅颗粒的界面减小，因此铝碳化硅的热导率逐渐提高，但铝碳化硅的抗弯强度却逐渐降低，综合热导率和抗弯强度两个性能指标，因此碳化硅颗粒的粒径优选为45μm～125μm。这样使铝碳化硅具有较高的热导率，且形成的表面铝碳化硅层采用常规的机械方法就可以加工，解决了现有的铝金刚石复合材料难加工的问题。

本实施例中，碳化硅颗粒的成型处理采用干法模压法、注射成型法和凝胶注模法中的一种。加热烧结的温度为800℃～1000℃，时间为1h～5h。上述碳化硅颗粒通过干法模压法、注射成型法和凝胶注模法成型形成碳化硅预制件坯料；再进行烧结，烧结的温度为800℃～1000℃，时间为1h～5h，获得孔隙率为25％～40％的碳化硅预制件，以使得在铝基体浸渗过程中，铝液通过空隙进入到碳化硅预制件的孔隙内部。

本实施例中，在装填表面改性的金刚石颗粒的步骤中，表面改性的金刚石颗粒的粒径为80μm～450μm。表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料中，在其它条件相同时，随着金刚石颗粒粒径的增大，铝基体与金刚石颗粒的界面减小，因此铝金刚石的热导率逐渐提高，但铝金刚石的抗弯强度却逐渐降低，综合热导率和抗弯强度两个性能指标，因此表面改性的金刚石颗粒的粒径优选为80μm～450μm。

本实施例中，对金刚石颗粒进行表面改性处理工艺采用磁控溅射法，采用磁控溅射法时，先在金刚石颗粒表面磁控溅射金属粉末，金属粉末形成的金属层的厚度为100nm～300nm；然后在置于真空度为8pa～12pa、温度为1150℃～1350℃、时间为2h～4h的条件下进行反应，获得表面改性的金刚石颗粒。或者，对金刚石颗粒进行表面改性处理工艺采高温反应法。采用高温反应法时，将金刚石颗粒与金属粉末混合，在置于真空度为0.4pa～0.6pa、温度为1000℃～1200℃、时间为1.5h～2.5h的条件下进行反应，获得表面改性的金刚石颗粒。上述金属粉末采用钨粉、钼粉和铱粉中的一种。

本实施例中，在浸渗铝的步骤中，铝基体为纯铝、3003铝合金、6061铝合金、6063铝合金、zl101a铝合金、zl102铝合金中的一种。

本实施例中，在浸渗铝的步骤中，冷却后还包括精密机械加工处理。上述表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的外层为表面铝碳化硅层，可实现精密机械加工，从而获得表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料零部件。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述制备方法获得的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料在航空航天零部件中的应用。上述表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料具有热导率高、热膨胀系数低等优点，抗弯强度高，满足温度循环要求高的航空航天等领域使用。

实施例

实施例1

表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料，包括：铝金刚石芯材和包覆在铝金刚石芯材外的表面铝碳化硅层；铝金刚石芯材包括纯铝和表面改性的金刚石颗粒；表面铝碳化硅层为纯铝和碳化硅颗粒，且碳化硅颗粒的体积分数为65％。

如图1和图2所示，表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

制备碳化硅预制件：将粒径45μm和粒径为100μm的混合造粒碳化硅粉在150mpa下模压成型为40mm×40mm×2mm的框架，制备碳化硅预制件坯料，真空条件下于800℃恒温1h烧结，获得孔隙率25％的碳化硅预制件；

碳化硅预制件机加工：采用数控铣工艺碳化硅预制件对进行加工，加工成内部带有空腔的碳化硅预制件盒体和碳化硅预制件盖板，用于容纳表面改性的金刚石颗料；

装填表面改性的金刚石颗粒：对金刚石颗粒进行表面改性处理，将2000克费氏粒径3μm钨粉和300克80μm的金刚石颗粒混合均匀，然后置于真空度为0.5pa、温度为1100℃的真空炉中恒温2h，钨粉与金刚石颗粒反应获得表面改性的金刚石颗粒，再将表面改性的金刚石颗粒装填到机加工后的碳化硅预制件盒体内，盖合碳化硅预制件盖板，形成复合坯料；

浸渗铝：将复合坯料置于石墨模具中，将带有复合坯料的石墨模具与纯铝置于双室真空气压浸渗炉中，先抽真空，并对双室进行加热，控制装有石墨模具的下处理室的温度为680℃，控制装有纯铝的上处理室的温度为800℃，纯铝熔化为铝液后浇注到石墨模具的复合坯料上，停止抽真空，再向双室真空气压浸渗炉通入氩气，增加炉内压力达到5mpa，恒温恒压保持5min，使得铝液在气体压力作用下浸渗到复合坯料中的碳化硅预制件和表面改性的金刚石颗料孔隙中，冷却后取出，通过精密机械加工得到所有表面均覆有的0.05mm的表面铝碳化硅层，获得35mm×35mm×1.0mm的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料。

实施例2

表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件，包括：铝金刚石芯材和包覆在铝金刚石芯材外的表面铝碳化硅层；铝金刚石芯材包括6063铝合金和表面改性的金刚石颗粒；表面铝碳化硅层包括6063铝合金和碳化硅颗粒，且碳化硅颗粒的体积分数为70％。

如图3和图4所示，表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的制备方法，包括以下步骤：

制备碳化硅预制件：将粒径45μm的碳化硅颗粒凝胶注模成型为23mm×23mm×6mm的框架，制备碳化硅预制件坯料，真空条件下于1000℃恒温1h烧结，获得孔隙率40％的碳化硅预制件；

碳化硅预制件机加工：采用数控铣工艺对碳化硅预制件毛坯进行加工，加工成内部带有空腔的碳化硅预制件盒体和碳化硅预制件盖板，用于容纳表面改性的金刚石颗粒；

装填表面改性的金刚石颗粒：对金刚石颗粒进行表面改性处理，将5000克150μm的金刚石微粉进行磁控溅射获得180nm厚的钼层，然后置于真空度为10pa、温度为1150℃的真空炉中恒温2h，钼层与金刚石颗粒反应获得表面改性的金刚石颗粒，再将表面改性的金刚石颗粒装填到机加工后的碳化硅预制件盒体内，盖合碳化硅预制件盖板，形成复合坯料；

浸渗铝：将复合坯料置于石墨模具中，将带有复合坯料的石墨模具与6063铝合金置于双室真空气压浸渗炉中，先抽真空，并对双室进行加热，控制装有石墨模具的下处理室的温度为640℃，控制装有6063铝合金的处理室的温度为760℃，6063铝合金熔化为铝液后浇注到石墨模具的复合坯料上，停止抽真空，再向双室真空气压浸渗炉通入氩气，增加炉内压力达到10mpa，恒温恒压保持15min，使得铝液在气体压力作用下浸渗到复合坯料中的碳化硅预制件和表面改性的金刚石颗粒孔隙中，冷却后取出，通过精密机械加工得到所有表面均覆有的0.2mm的表面铝碳化硅层，获得20mm×20mm×4.0mm的表面覆铝碳化硅的铝金刚石零部件。

实施例3

表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件，包括：铝金刚石芯材和包覆在铝金刚石芯材外的表面铝碳化硅层；铝金刚石芯材包括zl101a铝合金和表面改性的金刚石；表面铝碳化硅层包括zl101a铝合金和碳化硅颗粒，且碳化硅颗粒的体积分数为72％。

如图5和图6所示，表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的制备方法，包括以下步骤：

制备碳化硅预制件：将粒径70μm的碳化硅颗粒注射成型为φ12.5mm×45mm的框架，制备碳化硅预制件坯料，真空条件下于850℃恒温3h烧结，获得孔隙率35％的碳化硅预制件毛坯；

碳化硅预制件机加工：采用数控铣工艺对碳化硅预制件毛坯进行加工，加工成内部带有空腔的圆柱体和盖板，用于容纳表面改性的金刚石颗粒；

装填表面改性的金刚石颗粒：对金刚石颗粒进行表面改性处理，将2500克450μm的金刚石微粉进行磁控溅射150nm厚的铱层，然后置于真空度为10pa、温度为1150℃的真空炉中恒温2h，铱层与金刚石颗粒反应获得表面改性的金刚石颗粒，再将表面改性的金刚石颗粒装填到机加工后的圆柱体内，盖合盖板，形成复合坯料；

浸渗铝：将复合坯料置于石墨模具中，将带有复合坯料的石墨模具与zl101a置于双室真空气压浸渗炉中，先抽真空，并对双室进行加热，控制装有石墨模具的下处理室的温度为580℃，控制装有zl101a的上处理室的温度为680℃，zl101a熔化为铝液后浇注到石墨模具的复合坯料上，停止抽真空，再向双室真空气压浸渗炉通入氩气，增加炉内压力达到2mpa，恒温恒压保持10min，使得铝液在气体压力作用下浸渗到复合坯料中的碳化硅预制件和表面改性的金刚石上，冷却后取出。通过精密车削加工得到所有表面均覆有的0.10mm的表面铝碳化硅层，获得台阶圆柱的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石零部件。

实施例4

表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件，包括：铝金刚石芯材和包覆在铝金刚石芯材外的表面铝碳化硅层；铝金刚石芯材包括6063铝合金和表面改性的金刚石颗粒；表面铝碳化硅层包括6063铝合金和碳化硅颗粒，且碳化硅颗粒的体积分数为64％。

如图7和图8所示，表面铝碳化硅层的铝金刚石零部件的制备方法，包括以下步骤：

制备碳化硅预制件：将粒径50μm和125μm的造粒碳化硅颗粒模压成型为11mm×17.8mm×3.0mm的框架，制备碳化硅预制件坯料，真空条件下于850℃恒温3h烧结，获得孔隙率30％的碳化硅预制件；

碳化硅预制件机加工：采用数控铣工艺对碳化硅预制件进行加工，加工成内部带有空腔的碳化硅预制件盒体和碳化硅预制件盖板，用于容纳表面改性的金刚石颗粒；

装填表面改性的金刚石颗粒：对金刚石颗粒进行表面改性处理，将5000克300μm的金刚石微粉进行磁控溅射300nm厚的钨层，然后置于真空度为10pa、温度为1350℃的真空炉中恒温2h，钨层与金刚石颗粒反应获得表面改性的金刚石颗粒，再将200μm的表面改性的金刚石颗粒装填到机加工后的钨骨架内，形成复合坯料；

浸渗铝：将复合坯料置于石墨模具中，将带有复合坯料的石墨模具与6063铝合金置于双室真空气压浸渗炉中，先抽真空，并对双室进行加热，控制装有石墨模具的下处理室的温度为690℃，控制装有6063铝合金的上处理室的温度为750℃，6063铝合金熔化为铝液后浇注到石墨模具的复合坯料上，停止抽真空，再向双室真空气压浸渗炉通入氩气，增加炉内压力达到1mpa，恒温恒压保持30min，使得铝液在气体压力作用下浸渗到复合坯料中的碳化硅预制件和表面改性的金刚石上，冷却后取出。通过精密数控铣加工得到所有表面均覆有的0.15mm的钨铜层，获得10mm×15mm×2.0mm表面覆铝碳化硅层的铝金刚石零部件。

对实施例1、2、3和4制备的表面覆铝碳化硅层的铝金刚石复合材料进行热导率、抗弯强度、膨胀系数检测。

实施例1的铝金刚石复合材料的热导率为463w/(m.k)，25℃～125℃区间的平均线膨胀系数7.2×10^-6/℃，抗弯强度为316mpa。

实施例2的铝金刚石复合材料的热导率为568w/(m.k)，25℃～125℃区间的平均线膨胀系数7.6×10^-6/℃，抗弯强度为292mpa。

实施例3的铝金刚石复合材料的热导率为651w/(m.k)，25℃～125℃区间的平均线膨胀系数6.8×10^-6/℃，抗弯强度为227mpa。

实施例4的铝金刚石复合材料的热导率为606w/(m.k)，25℃～125℃区间的平均线膨胀系数7.0×10^-6/℃，抗弯强度为244mpa。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。