[发明专利]气压浸渗金刚石颗粒增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

一种气压浸渗金刚石颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，所述复合材料包括增强体、镁基体，所述增强体为金刚石颗粒，所述镁基体填充在金刚石颗粒的间隙中，所述复合材料具有碳化铬或碳化锆梯度结构的界面层，所述金刚石的平均粒径为200μm～350μm，所述界面层的厚度为50nm～300nm，沿金刚石到镁基体方向所述梯度结构界面层成分为Cr₃C₂‑Cr₇C₃、Cr₃C₂、Cr‑Cr₃C₂、ZrC、Zr‑ZrC中的一种。该制备方法为利用磁控溅射法在金刚石表面镀上Cr镀层或Zr镀层，并对镀Cr或镀Zr的金刚石颗粒进行热处理，然后采用气压浸渗法制备金刚石颗粒增强镁基复合材料，该复合材料具备良好的导热性能和优异的热膨胀系数。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备领域，具体涉及气压浸渗金刚石颗粒增强镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代电子元器件向小型化、集成化、高频化、高功率化极速发展，传统电子封装材料的导热性能已经不能满足其长时间高效稳定的运行。镁基复合材料是以镁或镁合金为基体，向其中添加增强体，用一定方法制备得到的金属基复合材料。在现有的碳增强镁基(C/Mg)复合材料导热性能的研究中，主要的增强体为石墨烯(Graphene)、碳纳米管、碳纤维，但采用上述增强体成本高。

由于镁的固有导热性较低，金刚石与金属基体之间的浸润性差，现有的金刚石颗粒增强镁基复合材料存在导热性差的问题，无法满足汽车制造、芯片制造、航空航天制造等领域对集成电路系统的导热性能需求。

发明内容

本发明的目的解决金刚石与金属基体之间的浸润性差，复合材料导热性能不佳等问题，提出一种气压浸渗金刚石颗粒增强镁基复合材料及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种气压浸渗金刚石颗粒增强镁基复合材料，所述复合材料包括增强体、镁基体，所述增强体为金刚石颗粒，所述镁基体填充在金刚石颗粒的间隙中，所述复合材料具有碳化铬梯度结构的界面层，所述金刚石的平均粒径为200μm～350μm，所述界面层的厚度为50nm～300nm，沿金刚石到镁基体方向所述梯度结构界面层成分为Cr₃C₂-Cr₇C₃，或Cr₃C₂，或Cr-Cr₃C₂，优选为Cr-Cr₃C₂。

本发明提供一种气压浸渗金刚石颗粒增强镁基复合材料，所述复合材料包括增强体、镁基体，所述增强体为金刚石颗粒，所述镁基体填充在金刚石颗粒的间隙中，所述复合材料具有碳化锆梯度结构的界面层，所述金刚石的平均粒径为200μm～350μm，所述界面层的厚度为50nm～300nm，沿金刚石到镁基体方向所述梯度结构界面层成分为ZrC或Zr-ZrC，优选为Zr-ZrC。

可选的，所述界面层的厚度为50nm～200nm。

第二方面，本发明提供一种气压浸渗金刚石颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)制备镀Cr金刚石增强体颗粒：将金属Cr作为磁控溅射的靶材，以金刚石作为基底，在真空条件下，将带有电荷的离子在电场中加速后去轰击靶材表面，使靶材发生溅射，沉积在金刚石的表面形成镀层，控制溅射的速率和时间来调节Cr镀层的厚度，得到镀层厚度为50nm～300nm镀Cr金刚石增强体颗粒；

(2)制备表面镀覆有Cr的碳化物的金刚石颗粒：将镀Cr金刚石颗粒放入坩埚中，用尺寸与坩埚内径基本一致的高导热高熔点片状分割体将镀Cr金刚石颗粒均匀分成若干层，然后在保护气的氛围中或真空条件下，将上述坩埚加热并保温，保温后降温得到表面镀覆有Cr的碳化物的金刚石颗粒；