[发明专利]一种金刚石-碳化硅复合陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金刚石‑碳化硅复合陶瓷及其制备方法，属于复合陶瓷领域。本发明的金刚石‑碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)将主要由金刚石微粉、硅粉、石墨粉、可碳化粘结剂和增韧材料制成的素坯进行碳化处理，得到多孔材料；所述增韧材料选自纳米金刚石、纳米陶瓷晶须、纳米线状碳材中的一种或任意组合；(2)将多孔材料进行渗硅烧结，即得。本发明的金刚石‑碳化硅复合陶瓷的制备方法，以无机非金属纳米材料作为增韧剂，不仅可以提高金刚石‑碳化硅复合陶瓷的致密度，也可以提高金刚石‑碳化硅复合陶瓷的断裂韧性。

技术领域

本发明涉及一种金刚石-碳化硅复合陶瓷及其制备方法，属于复合陶瓷领域。

背景技术

金刚石-碳化硅复合陶瓷不仅具有较高的热导率且具有可调的热膨胀系数，且复合陶瓷本身也具有较低的密度、高硬度、物理、化学稳定性好等特点，所以目前金刚石-碳化硅复合陶瓷被用在很多方面，尤其是在高导热方面用途广泛。由于电子技术的不断发展，电子元器件及半导体集成化程度越来越高，伴随着元器件的发热量也越来越大，而这些元器件是无法在温度过高的环境中工作的，所以散热问题成为电子信息产业发展的重中之重，由于金刚石-碳化硅复合陶瓷具有良好的导热性能，所以成为了解决电子元器件散热问题的主导型材料，但是作为散热片使用时需要其具有一定的断裂韧性，但金刚石-碳化硅复合陶瓷本身是高脆性、低弹性模量的复合陶瓷，无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石-碳化硅复合陶瓷的制备方法，用于解决目前金刚石-碳化硅复合陶瓷存在的断裂韧性低的问题。

本发明的另一目的在于提供一种金刚石-碳化硅复合陶瓷。

为了实现上述目的，本发明的金刚石-碳化硅复合陶瓷的制备方法所采用的技术方案为：

一种金刚石-碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将主要由金刚石微粉、硅粉、石墨粉、可碳化粘结剂和增韧材料制成的素坯进行碳化处理，得到多孔材料；所述增韧材料选自纳米金刚石、纳米陶瓷晶须、纳米线状碳材中的一种或任意组合；

(2)将多孔材料进行渗硅烧结，即得。

本发明的金刚石-碳化硅复合陶瓷的制备方法，以纳米金刚石、纳米陶瓷晶须、纳米线状碳材等无机非金属纳米材料作为增韧剂，一方面可以填充到大颗粒金刚石微粉之间的空隙中，提高致密度，降低金刚石-碳化硅复合陶瓷的孔隙率，另一方面可以在不降低金刚石-碳化硅复合陶瓷导热率的基础上提高金刚石-碳化硅复合陶瓷的断裂韧性。

优选地，所述金刚石微粉、硅粉、石墨粉、可碳化粘结剂和增韧材料的质量比为(40.7～72.1):(4.8～10.9):(6.5～14.3):(4.3～6.3):(11.7～18.8)。优选地，所述金刚石微粉、硅粉、石墨粉、可碳化粘结剂和增韧材料的质量比为(42.7～70.3):(5.6～9.8):(7.8～14.2):(4.8～6.1):(12.6～18.1)。进一步优选地，所述金刚石微粉、硅粉、石墨粉、可碳化粘结剂和增韧材料的质量比为(55～65):(7～9):(8～14):5:(14～18)。石墨粉和硅粉可以原位生成碳化硅，均匀地包覆在金刚石微粉的表面，从而提高金刚石-碳化硅复合陶瓷的力学性能，并减少金刚石微粉在高温下的氧化。

优选地，所述纳米陶瓷晶须为碳化硅晶须。优选地，所述纳米线状碳材为碳纳米线和/或碳纳米管。

优选地，所述可碳化粘结剂为树脂。进一步地，所述可碳化粘结剂为酚醛树脂。

优选地，所述金刚石微粉的平均粒径为20～85μm。进一步优选地，所述金刚石微粉的平均粒径为20μm。优选地，所述硅粉的平均粒径为30～50μm。进一步优选地，所述硅粉的平均粒径为30μm。优选地，所述石墨粉的平均粒径为30～50μm。进一步优选地，所述石墨粉的平均粒径为30μm。