[发明专利]一种金刚石复合散热材料的粉末冶金制备方法

说明书

本发明公开了一种金刚石复合散热材料的粉末冶金制备方法，包括以下步骤：S1：原料的选取：采用质量份数为6.5％～13.6％(对应的体积浓度为60～120％)的镀镍金刚石单晶、质量份数为1～5％的水雾化法所制备的超细CuSn15青铜粉及质量份数为0.3～1.0％的复合镀镍/铜碳纤维，或复合镀镍/铜碳化硅晶须，余量为电解铜粉，以聚乙烯吡咯烷酮(K90)的酒精溶液为造粒剂。S2：冷压制坯：将混合造粒处理后的物料在钢质模具中冷压片状坯体。本发明得到的薄片状金刚石/铜复合材料可以在电子封装材料等散热材料领域应用，具有方法简便、批量大、成本低的良好发展前景。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种金刚石复合散热材料的粉末冶金制备方法。

背景技术

电子元器件的小型化和集成化导致功率器件的热流密度急剧增加，相应地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。目前这些常见的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。

金刚石是世界上目前已知热导率最高的物质，可达到(600～2200)W/mK，金刚石膜的散热能力强，是较为理想的散热材料，但其制作成本高、成品尺寸面积有限且难以加工，限制了其规模化的推广应用。金刚石单晶颗粒自身的散热性能良好，然而无法单独用于散热领域中，但可用其做成金属基复合散热材料。而金属铜具有优良的导电性能和较高的导热性能，热导率(TC)为400W/mK，因此，以铜为基体材料、金刚石单晶为散热增强相的金刚石/铜复合材料是一种具有良好发展潜力的散热材料。专利CN105483423A公布了一种高热导率的铜/金刚石复合材料的气压浸渗制备方法，虽然为大功率器件的高效散热提供了较佳的解决方案，但生产成本较高，所制备的散热材料较厚(约4mm)，不能应用在一些小器件上，应用不够广泛。而大量的小型化和集成化电子器件则非常需要适用的薄片散热体，因而，开发厚度小的薄片状散热基材，是工程亟需，具有极大的应用潜力。

粉末冶金方法是制备轻、薄、小型复合材料的一种批量大、成本低的有效方法。由于铜几乎不润湿金刚石且与金刚石间的热膨胀系数差异极大，在采用粉末冶金法制备薄片金刚石-铜基复合材料时，单纯采用铜粉与金刚石进行混合烧结时，往往存在着许多问题：铜基烧结基体的致密度不足，冷却后铜基体与金刚石间由于收缩系数差异大而导致其界面间极易产生缝隙进而导致复合散热材料的导热性能较差；制品的烧结强度低，容易断裂。现有粉末冶金技术所制备的金刚石/铜复合散热块体材料的热导率可达197～660W/mK，但也都仅限于制备特定形状的测试样品，难以实施规模化生产。

因此，如何克服粉末冶金法制备铜/金刚石复合中所存在的技术缺陷，更好地改善金刚石与铜之间的界面结合，并有效减少铜基烧结基体中的晶粒界面数量，开发具有工业规模化生产能力的高导热复合材料的制备技术方法，仍是一个有待解决的工程应用难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石复合散热材料的粉末冶金制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种金刚石复合散热材料的粉末冶金制备方法，包括以下步骤：

S1：原料的选取：采用质量份数为6.5％～13.6％(对应于体积浓度60～120％)的镀镍金刚石单晶与质量份数为1～5％的水雾化法所制备的超细CuSn15青铜粉、质量份数为0.3～1.0％的复合镀镍/铜碳纤维，或复合镀镍/铜碳化硅晶须，余量为电解铜粉，以聚乙烯吡咯烷酮(K90)的酒精溶液为造粒剂；

S2：冷压制坯：将原料粉末以K90为造粒剂共同混合造粒，将造粒物料在钢质模具中冷压制成片状坯体；

S3：将冷压坯体置入氢气还原炉中进行高温预还原烧结；