[发明专利]一种金刚石@TiC增强高强导电铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金刚石@TiC增强高强导电铜基复合材料及其制备方法，本发明的铜基复合材料包括铜基以及金刚石@TiC增强体，其中金刚石@TiC增强体占所述铜基复合材料总质量的5％‑50％，同时金刚石@TiC增强体为具有TiC界面层的核壳结构金刚石@TiC，且TiC相互连接形成网络状骨架，铜基体分布于网络状TiC骨架之间。本发明的铜基复合材料在具有优良的导电、导热性能，以及较高的强度、硬度和耐磨性能。

技术领域

本发明涉及铜基复合材料加工技术领域，具体涉及一种金刚石@TiC增强高强导电铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

金刚石具有高熔点、高硬度及高弹性模量等特点，同时具有低的热膨胀系数(2.3×10^-6·K^-1)和高的热导率(约2000W·m^-1·K^-1)，是金属基复合材料常用的增强相。将金刚石与具有良好导电、导热性能的铜进行复合，制备铜基复合材料，能够在保持铜合金良好导电、导热性能的同时，显著提高其强度、硬度及其耐磨性能，并降低热膨胀系数，改善导热性能，是制造大规模集成电路引线框架、电接触等要求高强、高导电、高导热性能元件的理想材料。随着近年来人造金刚石产业的发展，其价格显著降低，进一步促进了其在复合材料领域中的研究和应用。如北京有色金属研究总院以及国防科技大学分别制备出导热率达853W·m^-1·K^-1和768W·m^-1·K^-1的金刚石增强铜基复合材料。在专利CN109930022A中公开了一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法，制备的复合材料中石墨烯均匀粘附在金刚石颗粒表面，解决两相难混合均匀的问题，同时实现了金刚石与铜基体和石墨烯与铜基体的界面结合。在专利CN109930022A中公开了一种石墨烯/金刚石混合增强铜基复合材料及其制备方法，制备的复合材料中石墨烯均匀粘附在金刚石颗粒表面，解决两相难混合均匀的问题，同时实现了金刚石与铜基体和石墨烯与铜基体的界面结合。

对于金刚石增强铜基复合材料而言，由于金刚石与铜润湿性极差，即使在1400℃高温下，两者的接触角仍高达128°，且金刚石不与铜反应，导致复合材料中金刚石与铜基体界面结合力差，因此如何改善界面特性是金刚石增强铜基复合材料制备过程中的关键问题。当前，通过对金刚石表面进行覆层等改性处理，并使覆层与金刚石的反应形成界面层，是改善金刚石与铜基体界面特性的主要手段，例如专利CN111519076公布了一种金刚石颗粒增强金属基复合材料及其制备方法和应用，该发明通过在金刚石颗粒表面沉积金属和/或碳化物，形成由金属和/或碳化物组成的界面层，著改善基体金属与金刚石之间的润湿性，得到了高性能的铜基复合材料。专利CN11889676A公布了一种增材制造工艺制备金刚石铜基复合材料的方法，该发明通过镀覆工艺在金刚石粉末表面镀覆复合镀覆层，该复合镀层钟内镀覆层为碳化物镀覆层或金属单质镀覆层，用于改善金刚石与基体的界面性能，外镀层为纯铜，再通过选区激光熔化、热等静压等工艺制备出性能优异的复合材料。

当前，金刚石增强铜基复合材料主要用作要求高导热性能的热管理材料，其在高强导电复合材料中应用目前还较少。但是实际上，一方面，除高的导电性能外，高的强度、硬度和耐磨性能，以及优良的导热性能、低的热膨胀系数也是高性能高强导电复合材料的重要性能指标，因此，以金刚石为增强体也能够制备出具有优良综合性能的高强导电铜基复合材料。

发明内容

本发明旨在以金刚石为增强体制备高性能高强导电铜基复合材料，并通过界面反应在金刚石表面形成碳化钛层，改善复合材料界面特性。所述金刚石@TiC增强高强导电铜基复合材料是利用钛与铜能够反应形成低熔点共晶组织的特性在Ti-C反应温度以下实现铜-钛熔体对金刚石的包覆，再进一步在高温下使金刚石与铜-钛熔体反应形成TiC界面层，通过控制复合材料成分及烧结时间等参数，使生成的TiC长大并连接成网络状，同时通过热压烧结实现组织致密化，制备金刚石增强铜基复合材料。