金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法

本发明涉及的是一种高导热金属基复合材料领域的技术，具体是一种金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法。

背景技术：

1、金属基复合材料兼具非金属增强体的高热导、低膨胀及金属基体的易加工成型性等，是最具应用前景的热管理材料。金刚石是自然界热导率最高的材料，可达2200w/mk；高导热金属材料依次为银(420w/mk)、铜(380w/mk)、铝(230w/mk)。以铝、铜、银等金属为基体，以金刚石等为增强体，开发的金属基复合材料成为先进热管理材料的研究重点。

2、现有高体积含量(35～75vol.％)颗粒增强金属基复合材料，主要采用液相浸渗、真空(或气氛)热压烧结、高温高压等特种制备方法，以减少由于高体分颗粒带来的冶金缺陷(气孔、假界面等)、外观问题(表面质量、外形外观、尺寸精度等)，但由此导致生产效率极低(单批次数量很少)、成本极高。同时传统粉末冶金制备方法(混粉、压坯、无压烧结)难以消除高体分颗粒带来的冶金缺陷。

3、经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号cn111926211a，公开了一种金刚石/金属复合材料的制备方法，包括4个步骤：第一步，金刚石颗粒表面镀覆薄膜；第二步，制作熔渗装置；第三步，热等静压；第四步，冷却脱模。该方法将传统熔渗方法中的预制体制备和熔渗两个步骤合二为一，利用热等静压熔渗技术实现高致密度、高体积分数、高均匀性、低变形的金刚石/金属复合的制备。该方法虽然减少了制备工序，缩短了工艺时间，但是仍属于单片/次工艺，效率低，成本较高；并且就工艺本身而言，工艺条件严苛，对设备要求高。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述问题，提出一种金刚石颗粒增强金属基复合材料制备方法，通过对金刚石进行表面金属化处理，形成金刚石-碳化物-金属多层界面层结构，促进异质界面致密化；同时基体金属粉末通过添加可与基体形成低熔点合金相的合金元素，进行粉末造粒、形成核壳结构，使粉末在烧结温度下表面局部形成低熔点合金相，促进金属基体粉末致密化；致密化工艺采用无压烧结。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种金刚石颗粒增强金属基复合材料制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1)：金刚石颗粒表面进行镀覆金属或金属碳化物化处理，形成改性颗粒ⅰ；

5、步骤2)：基体金属粉末与合金化元素粉末混合均匀，形成合金化粉末ⅱ；

6、步骤3)：将改性颗粒ⅰ按照一定比例与合金化粉末ⅱ混合均匀，得到复合粉末ⅲ；

7、步骤4)：将复合粉末ⅲ压制成坯后，再进行无压烧结，得到金刚石颗粒增强金属基复合材料。

8、优选地，所述的金刚石粒径为30-500μm。

9、优选地，所述的金刚石表面镀覆金属或金属碳化物为ti、w、cr、mo、si、ni、zr或其碳化物中的一种。

10、优选地，所述的金刚石表面镀覆方法为化学镀膜、磁控溅射法镀膜、盐浴法镀膜、真空微蒸发镀膜、粉末铝覆盖烧结法中的一种。

11、优选地，所述的基体金属为铝、铜、银中的一种。

12、优选地，所述的基体合金化元素为w、ti、cr、si、zr、v、nb、mo、cr、mn、fe中的一种或几种。

13、优选地，所述的基体合金化元素所占比例为0-5wt％。

14、优选地，所述的金刚石改性颗粒所占比为20-75vol.％。

15、优选地，所述的压制成坯包括冷压、温压、等静压中的一种。

16、技术效果

17、本发明对金刚石颗粒、基体金属粉末双改性，在促进基体致密化的同时改善界面润湿性，有利于异质界面结合；通过自身形成低熔点合金相来促进基体粉末致密化为前提，采用无压烧结方法实现致密化，可满足大尺寸、量产要求。相比现有技术，本发明实现金刚石颗粒、基体金属粉末双改性，在促进基体致密化的同时改善界面润湿性，有利于异质界面结合；通过自身形成低熔点合金相来促进基体粉末致密化为前提，采用无压烧结方法实现致密化，可满足大尺寸、量产要求。

技术特征：

1.一种金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征是，所述的金刚石粒径为30-500μm。

3.根据权利要求1所述的金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征是，所述的金刚石表面镀覆金属或金属碳化物为ti、w、cr、mo、si、ni、zr或其碳化物中的一种。

4.根据权利要求1所述的金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征是，所述的金刚石表面镀覆方法为化学镀膜、磁控溅射法镀膜、盐浴法镀膜、真空微蒸发镀膜、粉末铝覆盖烧结法中的一种。

5.根据权利要求1所述的金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征是，所述的基体金属为铝、铜、银中的一种。

6.根据权利要求1所述的金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征是，所述的基体合金化元素为w、ti、cr、si、zr、v、nb、mo、cr、mn、fe中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征是，所述的基体合金化元素所占比例为0-5wt％。

8.根据权利要求1所述的金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征是，所述的金刚石改性颗粒所占比为20-75vol.％。

9.根据权利要求1所述的金刚石颗粒增强金属基复合材料无压烧结制备方法，其特征是，所述的压制成坯包括冷压、温压、等静压中的一种。

技术总结
一种金刚石颗粒增强金属基复合材料制备方法，通过对金刚石进行表面金属化处理，形成金刚石‑碳化物‑金属多层界面层结构，促进异质界面致密化；同时基体金属粉末通过添加可与基体形成低熔点合金相的合金元素，进行粉末造粒、形成核壳结构，使粉末在烧结温度下表面局部形成低熔点合金相，促进金属基体粉末致密化；致密化工艺采用无压烧结。

技术研发人员：谭占秋,范根莲,马英霞,李志强
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8