CN109234593A - 一种金刚石/铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，提供了一种金刚石/铜基复合材料及其制备方法，以金刚石颗粒混合铜钛合金粉末球磨并在真空环境下进行放电等离子烧结得到的金刚石/铜复合材料,其中：混合粉末中金刚石体积分数为45%‑55%，Ti粉质量分数为0.5‑2%，混合球磨4‑6小时，球磨机转速为300 r/min；真空度为10Pa条件下，烧结压力为30‑40 MPa，升温速率约100℃/min，保温时间5 min；随炉冷却至180‑220℃取出，所得产物即为金刚石/铜复合材料。本发明采用粉末烧结方法，工艺简单，成本低廉，易于实现工业化，能制备出具有高导热性、低热膨胀系数和优异耐磨性的金刚石/铜基复合材料。

Description

一种金刚石/铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金刚石复合材料技术领域，具体涉及一种金刚石/铜复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，电子器件不断向着小型化、轻型化、高集成密度化的趋势发展。而大功率微电子器件产生非常高的热密度，因此材料的热散射问题对于高功率集成电路的发展至关重要。研究新型电子封装材料，提高散热率是必然趋势。传统的电子封装材料如铜、银和铝不足以去除高热通量，纯金属如铜和铝的热膨胀系数与半导体材料不相容，因此需要探索具有高导热性的新材料。金刚石/铜复合材料，具有高热导率、低热膨胀系数、高强度、低密度、可镀覆性良好等优良性能，受到了国内外的重视。具有超高导热率的金刚石作为增强体，可显著提高复合材料的热导率，一般可以达到纯铜的1.3倍；并且可以通过调整金刚石的体积分数来调节复合材料的热膨胀系数，从而与常用芯片相匹配。金刚石/铜复合材料还具有良好的可镀覆性，在其表面镀上Ni、Au、Ag等金属，提高了其可钎焊性，并能经受钎焊热循环。该复合材料，用于电子封装行业，有利于突破电子行业的散热瓶颈。
金刚石/铜复合材料虽然具有高的热导率和理想的热膨胀系数，但材料性能与制备过程存在两个主要问题，即1）铜与金刚石不反应不润湿，形成的界面为机械结合而非冶金结合，导致复合材料强度偏低；2）铜与金刚石的界面上存在界面热阻，导致热导率偏低。研究人员通常采用两种方法来解决以上界面问题：1）金刚石表面镀金属，通过在金刚石表面镀W、Cr、Ti等金属改善与铜的润湿性问题。但镀层和金刚石基体的相界面清晰，几乎不发生扩散，界面强度较差。2）将强碳化物元素加入到铜基体中制成合金粉末并与金刚石粉混合烧结得到金刚石/铜复合材料。粉末冶金法工艺成熟，但较复杂，材料致密度较低。
综上，金刚石/铜复合材料由于较好的导电性及与芯片匹配的热膨胀系数在电子封装材料领域受到了越来越多的关注。但传统的制备工艺并没有很好解决金刚石与铜基体之间存在的浸润性差，界面热阻高等问题，使得其应用受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种金刚石/铜复合材料及其制备方法，制备工艺方法简单、成本低廉、提高性能、拓展应用领域。
本发明由如下技术方案实现的：一种金刚石/铜复合材料，以金刚石颗粒混合铜钛合金粉末球磨并在真空环境下进行放电等离子烧结得到的金刚石/铜复合材料,其中：混合粉末中金刚石体积分数为45%-55%，Ti粉质量分数为0.5-2%，混合球磨4-6小时，球磨机转速为300 r/min；真空度为10Pa条件下，烧结压力为30-40 MPa，升温速率约100℃/min，保温时间5 min；随炉冷却至180-220℃取出，所得产物即为金刚石/铜复合材料。
所述金刚石粉末为80-200目。
本发明由于采用上述工艺方法，通过添加钛元素，使铜合金基体与金刚石坯体之间具有良好的浸润性和结合性，无需对金刚石坯体涂层，简化了工艺，而且使铜合金能充分填充金刚石坯体内的孔隙并使该复合材料具有更好的导热性、冲击强度和热膨胀性能；改变金刚石坯体的压制压力和钛粉在混合粉末中的质量百分比可以调节复合材料中金刚石含量进而调控材料的导热和热膨胀性能。与其它铜基复合材料制备方法相比，本发明采用烧结方法，工艺简单，成本低廉，易于实现工业化，能制备出具有高导电性、导热性和优异耐磨性的金刚石/铜基复合材料。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的金刚石/铜复合材料电镜扫描图。
具体实施方式
实施例1：秤取80目金刚石粉末混合Ti质量分数为0.5%的Cu-Ti合金粉末放入行星球磨机混料4小时，球磨机转速为300 r/min。混合粉末中金刚石体积分数为45%。将混合粉末装入放电等离子烧结系统的石墨模具中进行烧结。系统的真空度为10 Pa，烧结压力为30MPa，升温速率约100℃/min，保温时间5 min。随炉冷却至180℃取出，得到金刚石/铜复合材料。所制备的金刚石/铜复合材料的热导率为481 W(m·K)-1，热膨胀系数为8.6×10-6·K-1。所得材料进行电镜扫描，电镜图见图1，由图1可知，铜合金能充分填充金刚石坯体内的孔隙内，界面结合良好，无孔洞分层，致密度在98%以上。
实施例2：秤取100目金刚石粉末混合Ti质量分数为1%的Cu-Ti合金粉末放入行星球磨机混料5小时，球磨机转速为300 r/min。混合粉末中金刚石体积分数为50%。将混合粉末装入放电等离子烧结系统的石墨模具中进行烧结。系统的真空度为10 Pa，烧结压力为40MPa，升温速率约100℃/min，保温时间5 min。随炉冷却至200℃取出，得到金刚石/铜复合材料。所制备的金刚石/铜复合材料的热导率为484 W(m·K)-1，热膨胀系数为7.9×10-6·K-1。
实施例3：秤取200目金刚石粉末混合Ti质量分数为2%的Cu-Ti合金粉末放入行星球磨机混料6小时，球磨机转速为300 r/min。混合粉末中金刚石体积分数为55%。将混合粉末装入放电等离子烧结系统的石墨模具中进行烧结。系统的真空度为10 Pa，烧结压力为40MPa，升温速率约100℃/min，保温时间5 min。随炉冷却至220℃取出，得到金刚石/铜复合材料。所制备的金刚石/铜复合材料的热导率为490 W(m·K)-1，热膨胀系数为7.4×10-6·K-1。
所制备的金刚石/铜复合材料经检测，热导率、扩散系数见表1。
表1 金刚石/铜复合材料的热导率数据
试样 测试温度℃ 扩散系数mm<sup>2</sup>/s 热导率W/(m·K)
实施例1 25 221 481
实施例2 25 224 484
实施例3 25 226 490

Claims (2)

1.一种金刚石/铜复合材料，其特征在于：以金刚石颗粒混合铜钛合金粉末球磨并在真空环境下进行放电等离子烧结得到的金刚石/铜复合材料,其中：混合粉末中金刚石体积分数为45%-55%，Ti粉质量分数为0.5-2%，混合球磨4-6小时，球磨机转速为300 r/min；真空度为10Pa条件下，烧结压力为30-40 MPa，升温速率约100℃/min，保温时间5 min；随炉冷却至180-220℃取出，所得产物即为金刚石/铜复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石/铜复合材料，其特征在于：所述金刚石粉末为80-200目。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111590080A (zh) * 2020-05-21 2020-08-28 南京航空航天大学 一种sps快速制备镀钛金刚石铜复合材料的方法
CN111676385A (zh) * 2020-05-20 2020-09-18 东南大学 一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法
CN114309596A (zh) * 2021-12-22 2022-04-12 杭州电子科技大学 一种高导热表面金属化金刚石/铜复合基板制备方法
CN115323211A (zh) * 2022-08-15 2022-11-11 广东奔朗新材料股份有限公司 一种金刚石-铜复合材料及其制备方法
CN115491537A (zh) * 2022-09-23 2022-12-20 河南工业大学 一种高导热金刚石/铜复合材料及制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100319900A1 (en) * 2009-10-21 2010-12-23 Andrey Mikhailovich Abyzov Composite material having high thermal conductivity nd process of fabricating same
CN104060117A (zh) * 2014-07-08 2014-09-24 武汉理工大学 金刚石/铜基复合材料的制备方法
CN105506345A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 北京有色金属与稀土应用研究所 高导热金刚石/铜复合封装材料及其制备方法
CN105838916A (zh) * 2016-05-23 2016-08-10 深圳市瑞世兴科技有限公司 金刚石-铜复合材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100319900A1 (en) * 2009-10-21 2010-12-23 Andrey Mikhailovich Abyzov Composite material having high thermal conductivity nd process of fabricating same
CN104060117A (zh) * 2014-07-08 2014-09-24 武汉理工大学 金刚石/铜基复合材料的制备方法
CN105506345A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 北京有色金属与稀土应用研究所 高导热金刚石/铜复合封装材料及其制备方法
CN105838916A (zh) * 2016-05-23 2016-08-10 深圳市瑞世兴科技有限公司 金刚石-铜复合材料的制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111676385A (zh) * 2020-05-20 2020-09-18 东南大学 一种低成本的高导热金刚石铜复合材料的制备方法
CN111590080A (zh) * 2020-05-21 2020-08-28 南京航空航天大学 一种sps快速制备镀钛金刚石铜复合材料的方法
CN114309596A (zh) * 2021-12-22 2022-04-12 杭州电子科技大学 一种高导热表面金属化金刚石/铜复合基板制备方法
CN114309596B (zh) * 2021-12-22 2024-02-13 杭州电子科技大学 一种高导热表面金属化金刚石/铜复合基板制备方法
CN115323211A (zh) * 2022-08-15 2022-11-11 广东奔朗新材料股份有限公司 一种金刚石-铜复合材料及其制备方法
CN115491537A (zh) * 2022-09-23 2022-12-20 河南工业大学 一种高导热金刚石/铜复合材料及制备方法

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