[发明专利]一种增强铜/金刚石复合散热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及散热材料领域，特别涉及一种增强铜/金刚石复合散热材料及其制备方法。

背景技术

随着电子器件功率密度的增大，发热量逐渐增大，对散热材料提出了更高的要求。散热材料主要有金属基散热材料、陶瓷基绝缘导热材料、聚合物基高导热材料等，其中金属基散热材料如铜、铝等是最为常见的电子器件散热材料，然而这些目前常用的金属散热材料已逐渐难以满足电子器件的高散热要求，因此开发具有高导热性能的新型散热材料已是必然趋势。

金刚石是自然界中导热性能最高的材料，常温下热导率可高达2000W/(m·K)，然而由于金刚石价格偏高且不易于加工，无法单独用于散热领域中。而金属铜具有优异的导热性能，导热率为400W/(m·K)，因此以铜为基体材料、金刚石微晶为增强相的铜－金刚石复合材料是一种最具发展潜力的散热材料。为了充分发挥复合材料中金刚石微晶的优异导热性能，可以在复合材料中添加微量碳纳米管，使复合材料中碳纳米管呈网络状分散在铜金刚石基体材料中，从而将微晶金刚石相互连通起来，形成声子(热量)快速传递的金刚石相三维通道，从而大幅度提高复合材料的导热性能。

已公开的中国专利(公开号：CN103334039A)公开了一种铜基金刚石复合材料的制备及其制备方法，其中以金属铜、表面预电镀铜的金刚石微晶、微量碳纳米管和硅粉为原料，经真空热压成型工艺制备出了具有高导热性能的碳纳米管增强铜-金刚石新型复合散热材料。但是，其碳纳米管增强铜-金刚石复合材料的制备需要对金刚石微晶进行电镀铜预处理，工艺相对复杂，生产成本偏高且存在电镀废液污染等问题。

因此，开发一种导热性能好、工艺简单、成本低的散热材料已成为业内亟待解决的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明目的在于提供一种具有优异的导热性能且工艺简单、易于控制、可重复性强、无污染、适于规模化工业生产的碳纳米管增强铜/金刚石新型复合散热材料及其制备方法。

本发明直接采用金刚石微晶来制备碳纳米管增强铜/金刚石新型复合散热材料，而无需使用电镀工艺对金刚石微晶进行金属铜包覆预处理。为了增强金刚石、碳纳米管和铜之间的结合力，本发明通过添加微量铬活性元素，使之在金刚石、碳纳米管表面形成一个碳层，增大三者的界面结合力，从而提高复合材料的导热性能。本发明具体技术是通过以下方案实现的：

一种增强铜/金刚石复合散热材料，所述增强铜/金刚石复合散热材料是由铜粉、金刚石微晶、碳纳米管和铬粉通过真空热压成型工艺制备，所述铜粉、金刚石微晶、碳纳米管和铬粉的质量比为(69～85)：(10～25)：(0.1～3)：(1～5)。

进一步，本发明所述铜粉的平均粒径为45～50微米。

进一步，本发明所述金刚石微晶的平均粒径为70～170微米。

进一步，本发明所述铬粉的平均粒径为45～50微米。

本发明还提供一种增强铜/金刚石复合散热材料的制备方法，包括如下步骤：

A)铜粉还原处理，将铜粉放在还原炉中用氢气还原，控制还原温度为300～450℃，还原时间为20～90分钟，以减少铜粉的含氧量；

B)将步骤A)还原处理后的所述铜粉与金刚石微晶、碳纳米管和铬粉按质量比为(69～85)：(10～25)：(0.1～3)：(1～5)的比例充分混合，制备出混合物粉末；

C)将所述混合物粉末装入石墨模具中，再放入真空热压烧结炉进行热压烧结，控制烧结温度为650～1000℃，压力为5～40MPa，烧结时间为0.5～3小时；

D)烧结完成后，让烧结炉自然冷却至室温。

进一步，本发明所述铜粉的平均粒径为45～50微米。

进一步，本发明所述金刚石微晶的平均粒径为70～170微米。

进一步，本发明所述铬粉的平均粒径为45～50微米。

与现有技术相比，本发明无需利用电镀工艺对金刚石微晶进行金属铜包覆预处理，工艺大大简化，并且无电镀废液等环境污染问题，适于规模化工业生产。该散热复合材料具有优异的导热性能，适用于对散热要求较高的电子器件中，尤其是在空间狭小及对散热有较高要求的新一代便携式电子产品、军用装备、航空航天等领域。

具体实施例