一种金刚石表面金属化方法及金刚石复合体、金刚石复合材料与流程

本申请涉及导热材料，尤其是涉及的是一种金刚石表面金属化方法及金刚石复合体、金刚石复合材料。

背景技术：

1、高热导率材料是目前电子行业大功率零部件（特别是高频率或者大功率芯片）发展的重要支撑。目前市场常用的铜合金及铝合金的热导率大概在100w/m.k以下，要满足高功率器件的温度控制，热导率最好在850w/m.k左右或者更高。

2、金刚石是自然界中热导率最高的物质，常温下热导率为2200～2600w/(m·k)，热膨胀系数约为0 .86×10-6 /k，且在室温是绝缘体。金属铜的热导率高、价格低、容易加工，是最常用的封装材料，其热导率为386w/(m·k)，热膨胀系数为17× 10－6/k，符合电子封装基片材料低热膨胀系数和高热导率的使用性能要求。

3、金刚石与金属之间存在较高的界面能，就目前而言，解决方式主要通过金刚石表面金属化处理，包括盐浴镀、电镀、化学镀及气相沉积等，此类方法一定程度上提高了金刚石与金属之间的界面结合性能，但是仍存在结合力差。

技术实现思路

1、本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过说明书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。

2、本申请的目的在于克服上述不足，提供了一种金刚石表面金属化方法及金刚石复合体、金刚石复合材料。本申请经过对金刚石颗粒进行精心挑选、深度清洗后，置于一定的真空环境中进行加热活化反应，再注入目标金属离子，使得目标金属离子与金刚石颗粒相结合，并在金刚石颗粒表面形成一层镀层，显著提高了金刚石与金属两者之间的界面结合能力，在电子方面具有很好的应用场景。

3、第一方面，本申请提供了一种金刚石表面金属化方法，包括以下步骤：

4、清洗步骤，将金刚石颗粒置于王水中经过超声震荡清洗10min-20min，然后用纯净水和酒精交替清洗至少2次，得到金刚石颗粒初品；

5、活化步骤，将金刚石颗粒初品置于气压为0.08pa-0.12pa的真空中加热，加热至800℃-1000℃，通入氢气，气压维持在90pa-110pa，且保温25min-35min后，再将气压降至0.8pa-1.2pa，得到金刚石颗粒活化品；

6、镀层步骤，注入目标金属离子与金刚石颗粒活化品相结合，以在金刚石颗粒活化品的表面形成镀层，得到金刚石复合体。

7、本申请通过对金刚石颗粒进行精心挑选、深度清洗，使得金刚石颗粒表面的杂质能够被清除掉，显著提高了金属与金刚石之间的界面结合能力；此外，本申请在镀层之前，对金刚石颗粒进行了加热活化反应，大大提升了金属在金刚石颗粒表面的附着能力。本申请通过在金刚石颗粒表面镀了一层金属层，为后续金刚石复合体在导热方面中的应用奠定了坚实的基础。

8、在一些实施例中，该金刚石颗粒的粒径为25μm-600μm。

9、在一些实施例中，该目标金属离子为钛离子、铜离子或铁离子。由于单纯金属部分的热导率接近原金属块材理论热导率，因此，本申请将钛离子、铜离子或铁离子作为目标金属离子注入与金刚石颗粒相结合，以在金刚石颗粒表面形成单纯的钛层、铜层或铁层，能够保证在热压烧结时金属结晶良好。

10、在一些实施例中，该镀层的厚度为1nm-3nm。本申请通过将金属化层的厚度设置成1nm-3nm，以形成完整的镀层，而太厚的镀层又会导致镀层本身晶格不匹配而出现裂缝。

11、在一些实施例中，清洗步骤中王水的温度为45℃-55℃。

12、在一些实施例中，清洗步骤中酒精的浓度为99%。

13、在一些实施例中，镀层步骤中目标金属离子通过微蒸发方式或磁控溅射方式与金刚石颗粒活化品相结合。本申请通过采用微蒸发方式或磁控溅射方式将目标金属离子镀层在金刚石颗粒表面形成镀层，使得镀层更加完整、更加均匀，且与金刚石的结合力更强。

14、第二方面，本申请提供了一种金刚石复合体，该金刚石复合体为以金刚石颗粒为内核、镀层为外壳的核壳结构，该镀层经过如上文所述的金刚石表面金属化方法形成的。

15、第三方面，本申请提供了一种金刚石复合材料，包含上文所述的金刚石复合体。

16、通过采用上述的技术方案，本申请的有益效果是：

17、本申请通过对金刚石颗粒进行精心挑选、深度清洗，使得金刚石颗粒表面的杂质能够被清除掉，进而增加了金属与金刚石颗粒表面的接触面积，也缩短了金属与金刚石之间的距离，显著提高了金属与金刚石之间的界面结合能力；此外，本申请在镀层之前，对金刚石颗粒进行了加热活化反应，大大提升了金属在金刚石颗粒表面的附着能力。本申请通过在金刚石颗粒表面镀了一层金属层，为后续金刚石复合体在电子方面中的应用奠定了坚实的基础。

18、本申请的金刚石复合体是核壳结构，其以金刚石颗粒为内核、金属层为外壳，金属层能够对金刚石颗粒起到保护的作用，使得后续金刚石复合体的排列更加有序与紧密。

19、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

20、无疑的，本申请的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。

21、为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种金刚石表面金属化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的金刚石表面金属化方法，其特征在于，该金刚石颗粒的粒径为25μm-600μm。

3.根据权利要求1所述的金刚石表面金属化方法，其特征在于，该目标金属离子为钛离子、铜离子或铁离子。

4.根据权利要求1所述的金刚石表面金属化方法，其特征在于，该镀层的厚度为1nm-3nm。

5.根据权利要求1所述的金刚石表面金属化方法，其特征在于，清洗步骤中王水的温度为45℃-55℃。

6.根据权利要求1所述的金刚石表面金属化方法，其特征在于，清洗步骤中酒精的浓度为99%。

7.根据权利要求1所述的金刚石表面金属化方法，其特征在于，镀层步骤中目标金属离子通过微蒸发方式或磁控溅射方式与金刚石颗粒活化品相结合。

8.一种金刚石复合体，其特征在于，该金刚石复合体为以金刚石颗粒为内核、镀层为外壳的核壳结构，该镀层经过如权利要求1-7中任意一项所述的金刚石表面金属化方法形成的。

9.一种金刚石复合材料，其特征在于，包含如权利要求8所述的金刚石复合体。

技术总结
本申请涉及导热材料技术领域，尤其是涉及的是一种金刚石表面金属化方法及金刚石复合体、金刚石复合材料。其中，该方法包括以下步骤：将金刚石颗粒置于王水中经过超声震荡清洗，然后用纯净水和酒精交替清洗至少2次；置于真空中加热，通入氢气，气压维持在90Pa‑110Pa，保温，再将气压降至0.8Pa‑1.2Pa；注入目标金属离子与金刚石颗粒活化品相结合。本申请经过对金刚石颗粒进行精心挑选、深度清洗后，置于一定的真空环境中进行加热活化反应，再注入目标金属离子，使得目标金属离子与金刚石颗粒相结合，并在金刚石颗粒表面形成一层镀层，显著提高了金刚石与金属两者之间的界面结合能力，在导热方面具有很好的应用场景。

技术研发人员：孟崇,黄莹华,鲍昭崇,黄毅,钱昭,李锴
受保护的技术使用者：万龙时代科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13