一种高导热金属基复合材料连续制备设备及方法与流程

本发明涉及复合材料加工设备领域，具体是涉及一种高导热金属基复合材料连续制备设备及方法。

背景技术：

1、金刚石具有自然材料中最高的热导率，可以达到600-2200w/(m·k)，同时热膨胀系数和密度也仅有0×10-6/k和3.52g/3m3，并且随着人造金刚石制备技术的不断发展成熟，金刚石颗粒的价格出现大幅度降低，因此将其作为增强相与高导热金属复合，理论上可以获得更为优异的热导率性能，因此成为新一代金属基电子封装材料的研究热点。然而进一步研究发现，金刚石由于具有极强的化学惰性，在一般的制备条件下，极难与高导热金属实现良好的界面结合，从而限制了金刚石在电子封装材料方面的应用。

2、中国专利申请cn111041312a公开了一种高导热金属基复合材料及其制备方法，包括采用真空微蒸镀法在金刚石颗粒表面包覆钛层，取铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒于球磨机中混合均匀；将上一步骤获得的混合粉末移入放电等离子烧结系统中进行烧结，得到所述高导热金属基复合材料。

3、但该设备中的步骤需要将加工材料在不同的设备之间进行人工的转移，材料可能产生损失且制备效率较低，且部分加工时材料具有一定温度，转移时可能对工作人员造成伤害。

技术实现思路

1、针对上述问题，有必要针对现有技术问题，提供一种高导热金属基复合材料连续制备设备及方法。

2、为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种高导热金属基复合材料连续制备设备，包括机架，以及安装在机架上的塔式加工筒，塔式加工筒内部自上而下依次设置第一混合腔、第二混合腔和烧结腔；第一混合腔用于通过真空微蒸镀法在金刚石颗粒表面包覆钛层的加工；第二混合腔用于采用球磨机对镀钛金刚石与铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉进行混合研磨；烧结腔用于对混合粉末进行烧结；所述塔式加工筒位于第一混合腔顶部设置进料口，塔式加工筒位于烧结腔底部设置有出料口，第一混合腔、第二混合腔和烧结腔底部同轴设置有下料口，第一混合腔、第二混合腔和烧结腔底部靠近下料口处内径逐渐缩小，塔式加工筒位于下料口下方均设置有过料通道，下料口和过料通道之间设置有旋转开合门；旋转开合门用于封堵和开启下料口，塔式加工筒顶部的进料口上滑动安装滑盖，滑盖用于封堵进料口；机架上设置有控制单元，控制单元用于自下而上依次开启旋转开合门，控制单元控制上层旋转开合门开启时下层旋转开合门自动关闭。

4、优选的，所述旋转开合门包括同轴设置的固定内圈和调节外圈，固定内圈固定安装在过料通道的顶端；旋转开合门还包括多个形状大小相同的旋转叶片，旋转叶片环绕固定内圈轴线等角度分布，旋转叶片的一端铰接连接固定内圈周侧，旋转叶片的另一端铰接连接臂的一端，连接臂的另一端铰接连接调节外圈的周侧，连接臂旋转驱动旋转叶片旋转开合；旋转叶片合并组成直径大于下料口直径的圆形，旋转叶片的上表面贴合烧结腔底面。

5、优选的，所述调节外圈位于塔式加工筒外侧，所述塔式加工筒周侧设置有避让连接臂移动路径的避让孔。

6、优选的，调节外圈上设置有环绕周侧的齿槽；所述控制单元包括四个水平设置的滑板，滑板分别设置在旋转开合门和滑盖的同一侧，滑板朝向调节外圈的一侧固定安装有齿条，齿条与齿槽啮合连接；滑盖通过连接杆与滑板固定连接，滑板沿垂直于塔式加工筒轴线的水平方向移动带动旋转开合门开合和滑盖滑动。

7、优选的，所述滑板的一侧设置有突出的顶板，顶板上设置有平行于齿条朝向远离滑台一侧延伸的导向杆，顶板和导向杆均插装在机架上设置的导向套中。

8、优选的，所述控制单元还包括固定安装在机架上的滑台，滑台驱动滑块沿竖直方向移动；滑块上设置有顶块，顶块靠近滑板的一端上侧设置有斜面，滑台驱动滑块上移，滑板的一端贴合顶块的斜面，使滑板沿水平方向移动带动调节外圈旋转打开旋转叶片。

9、优选的，所述导向杆上套设有弹簧，弹簧弹性连接机架和顶板，弹簧施加滑板朝向滑台一侧移动的弹力。

10、优选的，所述顶块套设在滑块一侧设置的轴杆上，轴杆位于滑块远离滑板的一端，轴杆的轴线垂直于滑块的移动路径和滑板的长度方向；所述滑块上还设置有支撑块，支撑块位于滑块底端，顶块的底面贴合支撑块上侧。

11、优选的，所述滑块远离顶块的斜面的一侧设置有限位板，限位板沿竖直方向延伸，限位板朝向顶块的一侧设置有用于推动顶块复位的弹性片。

12、一种高导热金属基复合材料连续制备方法，采用一种高导热金属基复合材料连续制备设备实现，包括以下步骤：

13、步骤一、添加金刚石颗粒、三氯化钛、氢化钛粉末至塔式加工筒的第一混合腔中混合，真空环境下加热至-℃，在金刚石颗粒表面形成钛镀层，获得钛/金刚石颗粒；

14、步骤二、控制单元控制旋转开合门自下而上逐个打开，第一混合腔中钛/金刚石颗粒进入第二混合腔中的球磨机中，添加铝粉、铜粉、铬粉、氮化铝粉，与钛/金刚石颗粒于第二混合腔中的球磨机中混合均匀，随后再向第一混合腔中再次添加金刚石颗粒、三氯化钛、氢化钛粉末；

15、步骤三、控制单元控制旋转开合门自下而上逐个打开，第二混合腔中混合粉末移入烧结腔中的放电等离子烧结系统中进行烧结，得到所需高导热金属基复合材料，随后重复步骤二；

16、步骤四、控制单元控制旋转开合门自下而上逐个打开，烧结腔中烧结完成形成的高导热金属基复合材料通过出料口排出，随后重复步骤三。

17、本发明相比较于现有技术的有益效果是：

18、其一，本发明中的塔式加工筒在加工时通过旋转开合门保持对各个下料口的封堵，通过滑盖保持对第一混合腔的封堵，从而保证第一混合腔、第二混合腔和烧结腔中的加工互不影响，多个工序同时进行加工，且互不影响，每道工序加工完成后无需人工进行转移，节约了时间，提高了效率和制备过程的连续性。

19、其二，本发明中控制单元通过滑板与每个旋转开合门以及滑盖连接，滑台带动滑块和顶块自下而上移动，顶块的斜面逐个接触滑板的一端，即可带动滑板平移，实现自下而上的开启旋转开合门，实现烧结腔、第二混合腔和第一混合腔中的物料依次自动下移。

20、其三，本发明中的控制单元的顶块套设在滑块一侧的轴杆上，且滑块上设置的支撑块对顶块的底部进行限位，当滑台驱动顶块自下而上移动时，顶块接触滑板产生的压力被支撑块支撑，顶块保证位置不变推动滑板移动，打开旋转开合门，顶块下移时顶块下侧接触已经复位的滑板，顶块绕轴杆轴线进行旋转，从而不会推动滑板再次平移旋转开合门开启导致物料泄漏。

技术特征：

1.一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，包括机架(1)，以及安装在机架(1)上的塔式加工筒(2)，塔式加工筒(2)内部自上而下依次设置第一混合腔(21)、第二混合腔(22)和烧结腔(23)；

2.根据权利要求1所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，所述旋转开合门(3)包括同轴设置的固定内圈(31)和调节外圈(32)，固定内圈(31)固定安装在过料通道(25)的顶端；

3.根据权利要求2所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，所述调节外圈(32)位于塔式加工筒(2)外侧，所述塔式加工筒(2)周侧设置有避让连接臂(34)移动路径的避让孔(26)。

4.根据权利要求3所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，调节外圈(32)上设置有环绕周侧的齿槽(321)；

5.根据权利要求4所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，所述滑板(51)的一侧设置有突出的顶板(512)，顶板(512)上设置有平行于齿条(511)朝向远离滑台(52)一侧延伸的导向杆(513)，顶板(512)和导向杆(513)均插装在机架(1)上设置的导向套(11)中。

6.根据权利要求5所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，所述控制单元(5)还包括固定安装在机架(1)上的滑台(52)，滑台(52)驱动滑块(53)沿竖直方向移动；

7.根据权利要求6所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，所述导向杆(513)上套设有弹簧(514)，弹簧(514)弹性连接机架(1)和顶板(512)，弹簧(514)施加滑板(51)朝向滑台(52)一侧移动的弹力。

8.根据权利要求7所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，所述顶块(54)套设在滑块(53)一侧设置的轴杆(531)上，轴杆(531)位于滑块(53)远离滑板(51)的一端，轴杆(531)的轴线垂直于滑块(53)的移动路径和滑板(51)的长度方向；

9.根据权利要求8所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备，其特征在于，所述滑块(53)远离顶块(54)的斜面(541)的一侧设置有限位板(533)，限位板(533)沿竖直方向延伸，限位板(533)朝向顶块(54)的一侧设置有用于推动顶块(54)复位的弹性片(534)。

10.一种高导热金属基复合材料连续制备方法，采用权利要求1所述的一种高导热金属基复合材料连续制备设备实现，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及复合材料加工设备领域，具体是涉及一种高导热金属基复合材料连续制备设备及方法，制备设备包括机架，以及安装在机架上的塔式加工筒，塔式加工筒内部自上而下依次设置第一混合腔、第二混合腔和烧结腔；第一混合腔、第二混合腔和烧结腔底部同轴设置有下料口，下料口下方设置有旋转开合门，塔式加工筒顶部的进料口上滑动安装滑盖，机架上设置有控制单元，本技术方案通过控制单元自下而上依次开启旋转开合门，旋转开合门可以保持对各个下料口的封堵，从而保证第一混合腔、第二混合腔和烧结腔中多个工序同时进行加工，每道工序加工完成后无需人工进行转移，提高了效率和制备过程的连续性。

技术研发人员：李新中,刘仕超,雷定中,王帆,朱明
受保护的技术使用者：苏州思萃热控材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14