[发明专利]一种改性金刚石颗粒、改性方法、作为增强相的应用及得到的金属基复合材料

说明书

本发明公开了一种改性金刚石颗粒、改性方法、作为增强相的应用及得到的金属基复合材料，属于复合材料领域。本发明的金刚石颗粒的改性方法，采用真空滚动镀膜设备，在滚筒内对颗粒进行搅拌，增加了金刚石颗粒镀膜的均匀性；采用多弧离子镀工艺，从靶材表面直接产生等离子体，附着于基体的粒子能量高，镀膜的致密度高，金属更易与金刚石形成碳化物，从而由机械结合变为冶金结合，能够大大降低界面热阻；并采用磁控溅射方法镀膜，改善了多弧离子镀层的表面，使表面更平整，增加金刚石颗粒的流动性，提高热压成型能力，减少气孔的形成；另一方面阻挡多弧离子镀层金属向基体金属中扩散，以防降低基体的热导性能。发明的改性金刚石颗粒，镀层紧致不易脱落。

技术领域

本发明属于复合材料领域，一种改性金刚石颗粒、改性方法、作为增强相的应用及得到的金属基复合材料。

背景技术

电子封装用热沉材料经历了三代的发展，已经不能满足功率器件日益增长的散热需求，散热问题成为电子信息产业发展的一个技术瓶颈。金属基金刚石复合材料是一种新型的电子封装热沉材料，具有热导率高、热膨胀系数低的优异性能，作为最具潜力的新一代电子封装用热沉材料而成为该领域科研人员的探究热点。金刚石为天然物质中导热率最高的材料，其一直是散热材料的研究热点，但其价格昂贵让研究人员望而却步。随着人造金刚石技术的成熟，人造金刚石颗粒的价格逐步下滑，使金刚石复合材料的应用可成为现实。

经理论研究，将金刚石作为第二相，与高导热的金属基体复合后得到的金刚石颗粒弥散强化金属基复合材料理论上可以获得极为优异的热导性能，热导率理论上能达到1000W/(m·K)。然而，传统工艺制备的金属基金刚石复合材料实际上热导率仅为200W/(m·K)，这是由于金刚石与金属基体两相润湿性差，因此开发优化界面的方法，改善金刚石与金属基体的界面结合，来降低金刚石与金属基体间的界面热阻，成为相关研究工作的核心。研究发现，改善两者界面结合的方式主要有两种：基体合金化和金刚石表面金属化改性。相比较而言，基体合金化虽然操作便捷，且可选元素范围广，但其工艺条件苛刻，且难以控制合金化金属与金刚石的界面形貌和成分，碳化物膜的完整性也很难保证；金刚石表面金属化的最大优点就是可以直接、有效地控制两相界面形貌和成分。

金刚石表面金属化改性的方法有很多，传统工艺有电镀的方法，新型方法目前也有化学气相沉积、盐浴镀膜法、覆盖燃烧镀膜法、真空微蒸发镀膜等方法。但是，电镀或化学镀等方法操作技术性比较高，要精确控制溶液配比，且会引入其他杂质，所镀的膜与基底结合较差，对镀膜的形态及厚度不能精确的控制。

发明内容

本发明的目的在于克服金属基金刚石界面结合差的问题，提供一种改性金刚石颗粒、改性方法、作为增强相的应用及得到的金属基复合材料。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种金刚石颗粒的改性方法，包括以下步骤：

1)将金刚石颗粒进行金属化处理，使其表面生成金属碳化物和金属的镀层，所述镀层厚度为100-500nm，所述镀层中的金属元素为Cr、W、Ti和Zr中的一种或者多种；

2)在所述镀层上生成厚度为5-15μm的金属层；

步骤1)和步骤2)均在真空滚动镀膜设备中进行。

进一步的，金刚石颗粒的粒径为20-400μm。

进一步的，步骤1)金刚石颗粒表面金属化采用多弧离子镀法。

进一步的，多弧离子镀法的具体工艺参数为：工作气氛为Ar，工作气压为0.6-1.2Pa，弧源功率为600-1500W，镀膜时间为10-30min，真空室加热温度为60-150℃。

进一步的，步骤2)在所述金属碳化物层上生成金属层采用磁控溅射镀膜法。