CN105838954A - 一种搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：(1)金刚石表面改性，通过化学镀方式对金刚石进行表面镀铜处理；(2)搅拌喷吹熔炼，使铜基熔体形成离心涡流，铜基熔体除纯铜外，还含有Cu‑Cr、Cu‑W、Cu‑Ti或Cu‑Si中一种或几种合金，向铜熔体中喷吹镀铜金刚石，使之原位生成Cr3C2、WC、SiC以及TiC等界面增强相；(3)偏心均匀弥散，使界面增强相以及未反应的金刚石充分弥散；(4)速冷凝固，将铜基熔体速冷凝固，得到高性能铜基金刚石热沉材料。本方法通过搅拌、喷吹等技术在材料制备技术中的应用解决了铜基金刚石复合材料制备过程中界面润湿性差，不易分散的问题，属流程简单、低成本、高效的铜基复合材料制备技术。

Description

一种搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法
技术领域：
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法。
背景技术：
近年来随着电子产品消费量的迅速提高，电子技术的不断发展，电子元器件的单位发热量不断上升，制备出导热性能更好，热膨胀系数更低的电子封装材料成为制约电子产品发展应用的技术关键。铜基金刚石复合材料，因具有较高的热导率和较低的热膨胀系数等优点已逐渐取代了传统的Cu-W、Cu-Mo系列的电子封装材料，被广泛的应用于半导体芯片和集成电路中。
铜基金刚石复合材料，其中作为增强相的金刚石颗粒与铜的润湿性较差，难以在铜熔体中充分弥散，直接进行熔炼易导致偏析现象严重。现有的粉末烧结法，熔渗法等制备的铜基金刚石存在生产效率低，增强相与基体的结合差等缺陷；等离子放电烧结法，可以制备出高密度的合金铸锭，但是工艺复杂，生产成本高。申请号201510934596.7的专利提出使用Ti合金粉、钛粉和金刚石通过放电等离子烧结技术烧结制备铜基金刚石复合材料，其中，Cu含量为40～60wt％，Ti含量为2～10wt％，余量为金刚石。申请号201510037123.7的专利提出了金刚石表面镀Mo以及放电等离子烧结法制备金刚石/铜复合材料，其制备步骤为将金刚石混合均匀，将其装于氧化铝坩埚中，分别置于通有氢气、氩气气氛的管式炉中加热。样品随炉冷却取出后，对金刚石颗粒进行超声波清洗并烘干。将镀钼后的金刚石置于行星球磨机中混合均匀。最后，将球磨后的混合物置于石墨模具中，采用放电等离子烧结法制备金刚石/铜复合材料，烧结完成即得到高导热率的金刚石/Cu电子封装复合材料。二者都采用放电等离子烧结技术制备复合材料，不但工艺复杂，且生产成本很高。申请号200910117440.4的专利提出了粉末烧结法制备铜基金刚石复合材料，其中金刚石粉末按以上基体材料总重量的3.60～5.10％配料；其制备步骤为，将配好的物料进行球磨混料，按产品重量要求称料、装入压模中用压力机压制成型，然后在真空感应烧结压机中用石墨模具加压，烧结成成形材料。所制备的材料增强相与基体的结合差，宏观偏析严重。申请号201510037466.3的专利提出采用粉末覆盖燃烧法对金刚石表面镀Mo，然后采用气体压渗法制备金刚石/铜复合材料。镀覆层从内向外，内层是Mo2C层，该层强固地附着在金刚石表面上；外层为Mo层，该层的形成，使金刚石表面具有金属特性。料块在燃烧过程中反应速度极快，难以控制反应进程，导致合金材料成分波动大，夹杂物含量高。
发明内容：
本发明的目的是，针对现有高导热铜基金刚石复合材料在制备技术上存在的不足，提供一种搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，该方法通过金刚石表面改性、搅拌喷吹熔炼、偏心均匀弥散和速冷凝固四步，实现高性能铜基金刚石热沉材料的制备。
本发明的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石置于镀液中，进行化学镀铜处理，烘干后制得镀铜金刚石；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Cr、Cu-W、Cu-Ti或Cu-Si中的一种或几种合金；按质量百分比，镀铜金刚石为50～90wt％，中间合金为0.5～2wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1100～1300℃，加热熔炼10～40min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：搅拌铜基熔体，搅拌速度为100～400rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相，形成复合有增强相的铜基熔体；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，对复合有增强相的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体；其中，搅拌速度为50～200rpm，搅拌时间为5～60min；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体速冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
所述的步骤1中，金刚石预先经过除油-粗化-敏化-活化处理，然后将金刚石置于镀液中，进行化学镀铜处理；
所述的步骤1中，化学镀铜处理的参数为：施镀时间0.8～3h，施镀温度40～50℃，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：10～20g，质量分数为36％的甲醛：10～20g，酒石酸钾钠：10～18g，EDTA：19～20g，NaOH：14～15g，二联吡啶：0.01～0.03g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.0～12.5；
所述的步骤1中，烘干在真空干燥箱中进行，烘干后制得的镀铜金刚石，界面润湿角小于80度；
所述的步骤2(2)中，熔炼在高温炉中进行；
所述的步骤2(3)中，采用石墨桨搅拌；
所述的步骤2(4)中，可能发生的原位反应，如(1)、(2)、(3)和(4)所示，生成的增强相为Cr3C2、WC、TiC或SiC中的一种或几种，
3Cr+2C＝Cr3C2 (1)
W+C＝WC (2)
Ti+C＝TiC (3)
Si+C＝SiC (4)
所述的步骤3中，搅拌桨的偏心率为0.2～0.9；
所述的步骤3中，均匀弥散后的铜基熔体中包括增强相与未反应的镀铜金刚石；
所述的步骤4中，速冷凝固的方式为强制水冷或空冷；
所述方法制备的铜基金刚石热沉材料，热导率最高为550～950W·m-1·K-1，线性热膨胀系数低至4.5～9.6ppm·K-1，比热容为412～471J·kg-1·℃-1。
本发明的有益效果：
(1)通过对金刚石表面镀铜处理可以极大的改善金刚石与铜基熔体的表面润湿性能，促进二者高效混合及弥散；
(2)采用搅拌喷吹的方式可以在加料过程中提高金刚石与铜基熔体的一次弥散分布效果，并在熔体中原位生成新的增强相；
(3)熔炼过程增强相为原位反应直接生成，因此其与金属基体的结合强度高，分散更均匀，且在摩擦过程中不易脱落，材料由均匀的高温合金熔体直接制备得到，所得材料的致密度更高，力学性能好；
(4)采用偏心均匀弥散的方式可以促使金刚石在铜基熔体中的高度弥散，再通过速冷凝固的方式可以阻碍偏析，实现金刚石在铜基熔体中的高度弥散。
本发明制备的铜基金刚石热沉材料由于其具有热导率高、热膨胀系数小等优点，而被广泛应用于半导体及电子封装材料等方面。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所述的实施例中涉及的金刚石为纯度大于99.9％的金刚石；
Cu-Cr、Cu-W、Cu-Ti、Cu-Si以及铜纯度均大于99％。
以下实施例制备的铜基金刚石热沉材料，热导率最高为550～950W·m-1·K-1，线性热膨胀系数低至4.5～9.6ppm·K-1，比热容为412～471J·kg-1·℃。
实施例1：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：10g，质量分数为36％的甲醛：10g，酒石酸钾钠：10g，EDTA：19g，NaOH：14g，二联吡啶：0.01g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.0；进行化学镀铜处理，施镀温度50℃，施镀0.8h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Cr合金；按质量百分比，镀铜金刚石为90wt％、中间合金为0.5wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1100℃，在高温炉中加热熔炼40min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为100rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相Cr3C2，形成复合有Cr3C2增强相的铜基熔体，发生原位反应(1)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.2，对复合有增强相Cr3C2的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为50rpm，搅拌时间为60min，使增强相与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为950w/m·K，比热容为471J/kg·℃，线性热膨胀系数为4.5ppm/K。
实施例2：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：11g，质量分数为36％的甲醛：11g，酒石酸钾钠：11g，EDTA：19g，NaOH：14g，二联吡啶：0.01g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.0；进行化学镀铜处理，施镀温度48℃，施镀1h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-W；按质量百分比，镀铜金刚石为85wt％、中间合金为0.6wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1120℃，在高温炉中加热熔炼36min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为140rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相WC，形成复合有增强相WC的铜基熔体，发生原位反应(2)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.3，对复合有增强相WC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为60rpm，搅拌时间为50min，使增强相WC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为820w/m·K，比热容为459J/kg·℃，线性热膨胀系数为5.2ppm/K。
实施例3：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：12g，质量分数为36％的甲醛：12g，酒石酸钾钠：12g，EDTA：19g，NaOH：14g，二联吡啶：0.01g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.0；进行化学镀铜处理，施镀温度47℃，施镀1.2h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Ti；按质量百分比，镀铜金刚石为80wt％、中间合金为0.8wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1140℃，在高温炉中加热熔炼34min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为180rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相TiC，形成复合有增强相TiC的铜基熔体，发生原位反应(3)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.4，对复合有增强相TiC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为80rpm，搅拌时间为40min，使增强相TiC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为780w/m·K，比热容为451J/kg·℃，线性热膨胀系数为5.6ppm/K。
实施例4：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：13g，质量分数为36％的甲醛：13g，酒石酸钾钠：13g，EDTA：19g，NaOH：14g，二联吡啶：0.02g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.3；进行化学镀铜处理，施镀温度46℃，施镀1.4h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Si；按质量百分比，镀铜金刚石为75wt％、中间合金为1wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1160℃，在高温炉中加热熔炼30min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为200rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相SiC，形成复合有增强相SiC的铜基熔体，发生原位反应(4)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.5，对复合有增强相SiC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为100rpm，搅拌时间为35min，使增强相SiC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为730w/m·K，比热容为447J/kg·℃，线性热膨胀系数为6.2ppm/K。
实施例5：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：14g，质量分数为36％的甲醛：14g，酒石酸钾钠：14g，EDTA：19g，NaOH：14.5g，二联吡啶：0.02g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.3；进行化学镀铜处理，施镀温度45℃，施镀1.6h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Cr和Cu-W；按质量百分比，镀铜金刚石为70wt％、中间合金为1.2wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1180℃，在高温炉中加热熔炼28min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为240rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相Cr3C2和WC，形成复合有增强相Cr3C2和WC的铜基熔体，发生原位反应(1)、(2)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.6，对复合有增强相Cr3C2和WC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为120rpm，搅拌时间为30min，使增强相Cr3C2和WC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为700w/m·K，比热容为440J/kg·℃，线性热膨胀系数为6.5ppm/K。
实施例6：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：15g，质量分数为36％的甲醛：15g，酒石酸钾钠：15g，EDTA：19.5g，NaOH：14.5g，二联吡啶：0.02g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.3；进行化学镀铜处理，施镀温度44℃，施镀1.8h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Ti和Cu-Si；按质量百分比，镀铜金刚石为65wt％、中间合金为1.4wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1200℃，在高温炉中加热熔炼26min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为280rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相TiC和SiC，形成复合有增强相TiC和SiC的铜基熔体，发生原位反应(3)、(4)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.6，对复合有增强相TiC和SiC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为130rpm，搅拌时间为25min，使增强相TiC和SiC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为680w/m·K，比热容为431J/kg·℃，线性热膨胀系数为7.1ppm/K。
实施例7：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：16g，质量分数为36％的甲醛：16g，酒石酸钾钠：16g，EDTA：19.5g，NaOH：14.5g，二联吡啶：0.03g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.5；进行化学镀铜处理，施镀温度43℃，施镀2h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Cr、Cu-W和Cu-Ti；按质量百分比，镀铜金刚石为60wt％、中间合金为1.6wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1220℃，在高温炉中加热熔炼24min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为300rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相Cr3C2、WC和TiC，形成复合有增强相Cr3C2、WC和TiC的铜基熔体，发生原位反应(1)、(2)、(3)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.7，对复合有增强相Cr3C2、WC和TiC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为150rpm，搅拌时间为20min，使增强相Cr3C2、WC和TiC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为600w/m·K，比热容为423J/kg·℃，线性热膨胀系数为7.9ppm/K。
实施例8：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：17g，质量分数为36％的甲醛：17g，酒石酸钾钠：17g，EDTA：19.5g，NaOH：15g，二联吡啶：0.03g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.5；进行化学镀铜处理，施镀温度42℃，施镀2.5h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-W、Cu-Ti和Cu-Si；按质量百分比，镀铜金刚石为55wt％、中间合金为1.8wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1240℃，在高温炉中加热熔炼20min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为320rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相WC、TiC和SiC，形成复合有增强相WC、TiC和SiC的铜基熔体，发生原位反应(2)、(3)、(4)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.8，对复合有增强相WC、TiC和SiC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为160rpm，搅拌时间为15min，使增强相WC、TiC和SiC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为580w/m·K，比热容为422J/kg·℃，线性热膨胀系数为8.4ppm/K。
实施例9：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：18g，质量分数为36％的甲醛：18g，酒石酸钾钠：18g，EDTA：20g，NaOH：15g，二联吡啶：0.03g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.5；进行化学镀铜处理，施镀温度41℃，施镀2.8h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Cr、Cu-W和Cu-Si；按质量百分比，镀铜金刚石为50wt％、中间合金为1.9wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1260℃，在高温炉中加热熔炼15min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为360rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相Cr3C2、WC和SiC，形成复合有增强相Cr3C2、WC和SiC的铜基熔体，发生原位反应(1)、(2)、(4)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.8，对复合有增强相Cr3C2、WC和SiC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为180rpm，搅拌时间为10min，使增强相Cr3C2、WC和SiC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为550w/m·K，比热容为412J/kg·℃，线性热膨胀系数为9.6ppm/K。
实施例10：
搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，按以下步骤进行：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石经过除油-粗化-敏化-活化处理后，置于镀液中，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：20g，质量分数为36％的甲醛：20g，酒石酸钾钠：18g，EDTA：20g，NaOH：15g，二联吡啶：0.03g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.5；进行化学镀铜处理，施镀温度40℃，施镀3h后取出在真空干燥箱中烘干后制得镀铜金刚石，镀铜金刚石界面润湿角小于80度；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Cr、Cu-W、Cu-Ti和Cu-Si；按质量百分比，镀铜金刚石为63wt％、中间合金为2wt％，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1300℃，在高温炉中加热熔炼10min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：采用石墨桨搅拌铜基熔体，搅拌速度为400rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相Cr3C2、WC、TiC和SiC，形成复合有增强相Cr3C2、WC、TiC和SiC的铜基熔体，发生原位反应(1)、(2)、(3)、(4)；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.9，对复合有增强相Cr3C2、WC、TiC和SiC的铜基熔体进行偏心搅拌，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min，使增强相Cr3C2、WC、TiC和SiC与未反应的镀铜金刚石充分弥散，形成均匀弥散后的铜基熔体；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
经测试，制得的铜基金刚石热沉材料热导率为650w/m·K，比热容为425J/kg·℃，线性热膨胀系数为7.4ppm/K。

Claims (10)

1.一种搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.金刚石表面改性：
将金刚石置于镀液中，进行化学镀铜处理，烘干后制得镀铜金刚石；
步骤2.搅拌喷吹熔炼：
(1)配料：按组成分别称取镀铜金刚石、中间合金与纯铜，其中，中间合金为Cu-Cr、Cu-W、Cu-Ti或Cu-Si中的一种或几种合金；按质量百分比，镀铜金刚石为50～90％wt，中间合金为0.5～2％wt，余量为纯铜；
(2)铜基熔体制备：将纯铜与中间合金混合后在1100～1300℃，加热熔炼10～40min，形成铜基熔体；
(3)铜基熔体离心化：搅拌铜基熔体，搅拌速度为100～400rpm，使铜基熔体形成离心漩涡流；
(4)搅拌喷吹：向铜基熔体离心漩涡流中喷吹镀铜金刚石，在铜基熔体中原位生成增强相，形成复合有增强相的铜基熔体；
步骤3.偏心均匀弥散：
调整搅拌桨位置，对复合有增强相的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体；其中，搅拌速度为50～200rpm，搅拌时间为5～60min；
步骤4.速冷凝固：
停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体速冷凝固，制得铜基金刚石热沉材料。
2.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述的步骤1中的金刚石预先经过除油-粗化-敏化-活化处理，然后将金刚石置于镀液中，进行化学镀铜处理。
3.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述的步骤1中，化学镀铜处理的参数为：施镀时间0.8～3h，施镀温度40～50℃，每升镀液中含有：CuSO4·5H2O：10～20g，质量分数为36％的甲醛溶液：10～20g，酒石酸钾钠：10～18g，EDTA：19～20g，NaOH：14～15g，二联吡啶：0.01～0.03g，亚铁氰化钾：0.01g，镀液的pH为12.0～12.5。
4.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述的步骤1中的烘干在真空干燥箱中进行，烘干后制得的镀铜金刚石，界面润湿角小于80度。
5.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中的熔炼在高温炉中进行。
6.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述的步骤2(3)中，采用石墨桨搅拌。
7.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述的步骤2(4)中生成的增强相为Cr3C2、WC、TiC或SiC中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述的步骤3中的搅拌桨的偏心率为0.2～0.9。
9.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述的步骤4中的速冷凝固的方式为强制水冷或空冷。
10.根据权利要求1所述的搅拌喷吹制备铜基金刚石热沉材料的方法，其特征在于，所述方法制备的铜基金刚石热沉材料，其热导率为550～950W·m-1·K-1，线性热膨胀系数为4.5～9.6ppm·K-1，比热容为412～471J·kg-1·℃-1。
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