[发明专利]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

说明书

本发明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。本发明以陶瓷膜的形式对膜层进行了优化，因而复合材料的耐候性更好，在湿热、冷热冲击等条件下不易发生衰减，产品热导率的衰减小于3％，这说明金刚石粉表面的陶瓷膜可以起到抑制有害相碳化铝的生成，提高了材料服役的可靠性。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

随着电器、电子和通信行业的快速发展，各种半导体激光元件、高频元件正向高功率化、高速化、高集成化持续发展，其元件和系统的散热问题正变得越来越突出，积聚的热量如果不能及时传导或者散出，将会导致工作不良甚至失效，引起严重后果。

另外，对各种半导体元件而言，元件的高功率化会导致其尺寸变大，半导体元件与热沉的热膨胀不匹配问题逐渐显著。为解决这些问题，研究人员谋求开发兼具高导热和热膨胀系数匹配的导热材料。

目前为止，第二代、第三代金属电子封装材料的热导率无论如何优化，热导率都难以达到300W/(m·K)，因此需要开发更高导热系数的金属电子封装材料。

金刚石作为具有极高热导率(热导率可达2000W/(m·K))和较低热膨胀系数的材料开始得到电子封装行业的关注，随着其价格的不断降低，大规模应用开始变得现实。将金刚石粉末与高导热金属铝复合，得到的金刚石铝复合材料，有机协调了两者的导热性能和热膨胀系数，不仅得到了比前几代电子封装材料更高的热导率，还得到了与半导体更加匹配的热胀系数，成为目前市场上更为先进的新一代金属电子封装材料。

气压浸渗技术是目前制备金刚石铝复合材料的常用技术之一，特点是真空环境、气体压力浸渗、高于合金熔点的浸渗温度和随后的缓慢炉冷。可实现压力和温度的连续变化，可实现金刚石与液态铝合金的充分接触，有利于强化界面结合，制备的金刚石/铝复合材料通常具有优异的性能。

相比于压力浸渗工艺的金刚石铝复合材料，无压浸渗工艺由于无需加压，因此对设备要求低，炉腔利用率高，并可进行针对性设计，制备的金刚石铝复合材料具有成本低、效率高的突出优点，是更具优势的产业化技术方案。

中国发明专利ZL 201110194213.9公开了一种高体积分数金刚石/铝导热功能复合材料的制备方法，该专利采用盐浴镀膜法对金刚石颗粒镀Ti或Cr，获得0.1-0.3μm厚的镀层，再制成金刚石颗粒预制体，加入铝合金，在0.6-1.5MPa的氮气压力下，制得复合材料。此方法气压大，对设备要求高，同时易造成材料制备不均匀和致密度较差，导致材料性能不稳定。

发明内容

为了克服现有的金刚石/铝复合材料热导率不稳定的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种陶瓷膜修饰的金刚石/铝复合材料的制备工艺。

本发明的另一目的在于提供由上述工艺制得的金刚石/铝复合材料。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种金刚石/铝复合材料的无压浸渗制备工艺，包括以下步骤：

(1)金刚石粉的表面处理

在金刚石粉表面镀上金属膜或二氧化硅膜，再置于真空条件下、1000-1400℃保温5-10h，生成陶瓷膜，膜厚30～300nm；金刚石粉的表面处理是解决复合材料性能衰减的重要办法之一。

所述的陶瓷膜为碳化合物，其种类包括碳化钛、碳化钨、碳化钼、碳化硅、碳化铬、碳化锆和碳化钕；

镀膜方法可以采用磁控溅射、化学镀、化学气相沉积、溶胶凝胶和盐浴镀等现有技术的方法；