双镀层改性金刚石导热复合材料、制备方法及应用
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双镀层改性金刚石导热复合材料、制备方法及应用
来源:无锡乐普金属科技有限公司
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简介: 本发明涉及一种双镀层改性金刚石导热复合材料、制备方法及应用,步骤包括第一次预处理金刚石颗粒;对预处理金刚石颗粒执行第一表面处理工艺,使所述金刚石颗粒表面形成金属碳化物镀层;对形成金属碳化物镀层的金刚石颗粒执行第二表面处理工艺,使金刚石颗粒的金属碳化物镀层表面形成电镀金属层;分区制备混合粉体并获取分区粉体将具有电镀金属层的金刚石颗粒按不同体积与各分区粉体混合,按照装填顺序分层装填,装填后烧结成型,以制成改性金刚石导热复合材料。
权利要求

1.一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于包括步骤如下:

第一次预处理金刚石颗粒;

对所述预处理金刚石颗粒执行第一表面处理工艺,使所述金刚石颗粒表面形成金属碳化物镀层;

对所述形成金属碳化物镀层的金刚石颗粒执行第二表面处理工艺,使所述金刚石颗粒的金属碳化物镀层表面形成电镀金属层;

分区制备混合粉体并获取分区粉体;

将具有电镀金属层的金刚石颗粒按不同体积与各分区粉体混合,按照装填顺序分层装填,装填后烧结成型,以制成改性金刚石导热复合材料。

2.如权利要求1所述的双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于:所述第一表面处理工艺包括步骤如下:

安装靶材并调整靶基距;

抽真空并通入高纯氩气;

启动电源,选取直流磁控溅射模式并对金刚石颗粒先磁控溅射镀Ti,磁控溅射镀Ti完成后磁控溅射镀Cr,其中磁控溅射镀Ti时间为40~60min,磁控溅射镀Ti的功率为120-180W,磁控溅射镀Cr时间为50-70min,磁控溅射镀Cr的功率为120-180W;

磁控溅射镀Cr后,在真空环境冷却至100℃以下,停止通入氩气,打开放气阀,待台面温度冷却至室温后取出形成金属碳化物镀层的金刚石颗粒。

3.如权利要求1所述的一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于:所述第二表面处理工艺包括步骤如下:

镀液配制;对形成金属碳化物镀层的金刚石颗粒第二次预处理;

将金刚石颗粒装挂浸入镀液并导电处理,其中电流密度为1~3 A/dm2,温度为45~55℃,时间为20~50min;将电镀后的金刚石颗粒用去离子水超声洗5~7min,并在100~120℃干燥2~3小时,干燥后在300~400℃下退火30min,以使金刚石颗粒表面形成电镀金属层。

4.如权利要求1所述的一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于:所述分区制备混合粉体包括步骤如下:

将94 wt% Cu粉、6wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为4h~5h,以形成第一分区粉体;所述第一分区粉体占总分区粉体厚度的20%;

将96wt% Cu粉、4wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为3h~4h,以形成第二分区粉体;所述第二分区粉体占总分区粉体厚度的30%;

将99wt% Cu粉、1wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为2h~3h,以形成第三分区粉体;所述第三分区粉体占总分区粉体厚度的50%。

5.如权利要求4所述的一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于:所述第一分区粉体与体积分数40%的金刚石颗粒混合形成第一分区混合体;所述第二分区粉体与体积分数30%的金刚石颗粒混合形成第二分区混合体;所述第三分区粉体与体积分数30%的金刚石颗粒混合形成第三分区混合体。

6.如权利要求5所述的一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于:所述分层装填包括步骤如下:

第一次装入第三分区混合体至真空烧结炉中,使该第三分区混合体位于真空烧结炉的底部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第三分区混合体轻压平整;

第二次装入第二分区混合体至真空烧结炉中,使该第二分区混合体位于真空烧结炉的中部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第一分区混合体轻压平整;

第三次装入第一分区混合体至真空烧结炉中,使该第一分区混合体位于真空烧结炉的顶部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第一分区混合体轻压平整。

7.如权利要求1所述的一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于:所述烧结工艺包括步骤如下:

一次升温:将真空烧结炉的温度由室温升温至600~650℃,升温温度为10℃±5℃/min;

二次升温:将温度由600~650℃升温至800~850℃,升温温度为5℃/min;

一次保温:在温度800~850℃保温30±10min;

三次升温:保温后将温度由800~850℃升温至1000~1050℃,升温温度为3℃±5℃/min;

二次保温:在温度1000~1050℃保温2±1h。

8.如权利要求1所述的一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于:取出改性金刚石导热复合材料并对其施加5-10T脉冲磁场处理10~30min。

9.利用如权利要求1~8任意一项所述的一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法制备的金刚石导热复合材料,其特征在于:

所述金刚石导热复合材料由核心增强相、金属基体及分散于金属基体的界面改性结构构成,所述核心增强相由金刚石颗粒构成,所述金属基体包括主基体及掺杂金属,所述界面改性结构由内至外包括Mo2C反应层、电镀金属层、磁控溅射金属碳化物层,所述金刚石导热复合材料的厚度为1~10mm,所述金刚石导热复合材料颗粒的粒径为50~200µm,所述金刚石导热复合材料的热导率为510~560W/mK、热膨胀系数为5~7ppm/K,所述主基体为,所述掺杂金属为钼或钛中的任意一种。

10.根据如权利要求9所述的一种金刚石导热复合材料的应用,其特征在于:将所述金刚石导热复合材料应用为高功率器件封装材料。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及金属复合材料处理领域,尤其涉及一种双镀层改性金刚石导热复合材料、制备方法及应用。

背景技术

[0002]随着微电子器件向高集成度、高功率密度方向快速发展,传统散热材料(如纯铜、基复合材料)的热导率已难以满足新一代芯片的散热需求。金刚石因其超高热导率和低热膨胀系数,被视为理想的增强相材料。金刚石复合材料通过结合金刚石的导热优势与金属的加工性能,成为解决高功率器件散热瓶颈的关键材料。然而,金刚石与金属基体间的界面相容性差、热膨胀失配等问题,导致复合材料实际热导率远低于理论值,严重制约其产业化应用。

[0003]目前,针对金刚石材料的研究主要是金刚石表面金属化改进以及金属基体合金化,而金刚石表面金属化改进是需要通过化学镀在金刚石表面沉积金属层,这会引起镀层均匀性差,即界面结合强度低,主要表现为金刚石与Cu金属体以弱结合为主,易发生脱键;而若采用熔渗法又会导致金刚石石墨化,且设备成本高昂。

[0004]进一步的,金属基体合金化是通过在Cu金属体中添加活性元素,通过界面反映生成碳化物层,但是碳化物层不可控,过量反应易损伤金刚石表面;且通过高温热压方式促进界面结合的话,其工艺复杂、能耗高,难以制备大尺寸部件。

发明内容

[0005]针对上述现有技术的缺点,本发明的目的是提供一种双镀层改性金刚石导热复合材料、制备方法及应用,以解决现有技术中的一个或多个问题。

[0006]为实现上述目的,本发明的技术方案如下:

一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,其特征在于包括步骤如下:

第一次预处理金刚石颗粒;

对所述预处理金刚石颗粒执行第一表面处理工艺,使所述金刚石颗粒表面形成金属碳化物镀层;

对所述形成金属碳化物镀层的金刚石颗粒执行第二表面处理工艺,使所述金刚石颗粒的金属碳化物镀层表面形成电镀金属层;

分区制备混合粉体并获取分区粉体;

将具有电镀金属层的金刚石颗粒按不同体积与各分区粉体混合,按照装填顺序分层装填,装填后烧结成型,以制成改性金刚石导热复合材料。

[0007]所述第一表面处理工艺包括步骤如下:

安装靶材并调整靶基距;

抽真空并通入高纯氩气;

启动电源,选取直流磁控溅射模式并对金刚石颗粒先磁控溅射镀Ti,磁控溅射镀Ti完成后磁控溅射镀Cr,其中磁控溅射镀Ti时间为40~60min,磁控溅射镀Ti的功率为120-180W,磁控溅射镀Cr时间为50-70min,磁控溅射镀Cr的功率为120-180W;

磁控溅射镀Cr后,在真空环境冷却至100℃以下,停止通入氩气,打开放气阀,待台面温度冷却至室温后取出形成金属碳化物镀层的金刚石颗粒。

[0008]所述第二表面处理工艺包括步骤如下:

镀液配制;对形成金属碳化物镀层的金刚石颗粒第二次预处理;

将金刚石颗粒装挂浸入镀液并导电处理,其中电流密度为1~3 A/dm2,温度为45~55℃,时间为20~50min;将电镀后的金刚石颗粒用去离子水超声洗5~7min,并在100~120℃干燥2~3小时,干燥后在300~400℃下退火30min,以使金刚石颗粒表面形成电镀金属层。

[0009]所述分区制备混合粉体包括步骤如下:

将94 wt% Cu粉、6wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为4h~5h,以形成第一分区粉体;所述第一分区粉体占总分区粉体厚度的20%;

将96wt% Cu粉、4wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为3h~4h,以形成第二分区粉体;所述第二分区粉体占总分区粉体厚度的30%;

将99wt% Cu粉、1wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为2h~3h,以形成第三分区粉体;所述第三分区粉体占总分区粉体厚度的50%。

[0010]所述第一分区粉体与体积分数40%的金刚石颗粒混合形成第一分区混合体;所述第二分区粉体与体积分数30%的金刚石颗粒混合形成第二分区混合体;所述第三分区粉体与体积分数30%的金刚石颗粒混合形成第三分区混合体。

[0011]所述分层装填包括步骤如下:

第一次装入第三分区混合体至真空烧结炉中,使该第三分区混合体位于真空烧结炉的底部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第三分区混合体轻压平整;

第二次装入第二分区混合体至真空烧结炉中,使该第二分区混合体位于真空烧结炉的中部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第一分区混合体轻压平整;

第三次装入第一分区混合体至真空烧结炉中,使该第一分区混合体位于真空烧结炉的顶部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第一分区混合体轻压平整。

[0012]所述烧结工艺包括步骤如下:

一次升温:将真空烧结炉的温度由室温升温至600~650℃,升温温度为10℃±5℃/min;

二次升温:将温度由600~650℃升温至800~850℃,升温温度为5℃/min;

一次保温:在温度800~850℃保温30±10min;

三次升温:保温后将温度由800~850℃升温至1000~1050℃,升温温度为3℃±5℃/min;

二次保温:在温度1000~1050℃保温2±1h。

[0013]取出改性金刚石导热复合材料并对其施加5-10T脉冲磁场处理10~30min。

[0014]利用一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法制备的金刚石导热复合材料,所述金刚石导热复合材料由核心增强相、金属基体及分散于金属基体的界面改性结构构成,所述金属基体包括主基体及掺杂金属,所述界面改性结构由内至外包括磁控溅射金属碳化物层、电镀金属层,所述金刚石导热复合材料的厚度为1~10mm,所述金刚石导热复合材料的粒径为50~200µm,所述金刚石导热复合材料的热导率为510~560W/mK、热膨胀系数为5~7ppm/K,所述金属基体为铜,所述掺杂金属钼、钛或铬中的任意一种。

[0015]将所述金刚石导热复合材料应用为高功率器件封装材料。

[0016]与现有技术相比,本发明的有益技术效果如下:

本发明通过磁控建设镀在金刚石表面生成纳米级金属碳化物镀层TiC层和Cr3C2层,其与金刚石形成共价键结合,界面结合强度与未镀层相比显著提升。

[0017]通过增加电镀的步骤在金属碳化物镀层的外表面形成电镀金属层,其可以作为导热桥梁有效降低界面热阻,进而提升热导率。

[0018]通过在Cu中加入矢量Mo粉,获得均匀分布的混合金属基体,使金刚石界面反应生成碳化物,提高界面结合强度和热导系数。

[0019]通过分层装填的方式可以增强界面反映,提升导热路径的密度,且通过分层的方式还可以维持基体塑形,降低成本,通过分阶段温度控制烧结,其能促进Mo从底部向表层定向扩散,形成连续的Mo2C界面层,有效提高金刚石颗粒与铜基体之间的粘附性3-4倍,降低复合材料的界面热阻,进而提高复合材料的导热性能。并且通过本方法可以解决Cu金属体与金刚石之间的湿润差,避免在复合时脱键、弱结合等问题,有效提升结合强度。

附图说明

[0020]图1示出了本发明实施例一种双镀层改性金刚石导热复合材料、制备方法及应用中具有双镀层的金刚石扫描电镜图。

[0021]图2示出了本发明实施例一种双镀层改性金刚石导热复合材料、制备方法及应用中金刚石导热复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式

[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种双镀层改性金刚石导热复合材料、制备方法及应用作进一步详细说明。根据下面说明,本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是,附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂,请参阅附图。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

[0023]实施例一:

一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法,包括步骤如下:

S1:第一次预处理金刚石颗粒;选取粒径为50~200µm的金刚石颗粒,具体的,在本实施例一中选取粒径为50µm的金刚石颗粒,将所述金刚石颗粒在浓度为5%的HNO3溶液中超声清洗30min,酸洗的目的是为了去除金刚石颗粒的表面氧化物及杂质,酸洗后取出并通过去离子水冲洗至中性,并在50℃下真空干燥1h,由此使得金刚石颗粒的表面洁净。

[0024]S2:对所述预处理金刚石颗粒执行第一表面处理工艺,使所述金刚石颗粒表面形成金属碳化物镀层;

S200:采用真空磁控溅射设备,在磁控靶上首先安装纯度大于99.9%的Ti靶材以及Cr靶材,调整金刚石颗粒与Ti靶材、Cr靶材之间的靶基距为50mm。

[0025]S201:盖上真空磁控溅射设备的真空腔盖,抽取真空并通入高纯氩气。

[0026]S202:启动电源,选取直流磁控溅射模式,对金刚石颗粒先磁控溅射镀Ti,磁控溅射镀Ti完成后磁控溅射镀Cr,其中磁控溅射镀Ti时间为40min,磁控溅射镀Ti的功率为120W,在磁控溅射过程中,高能氩离子轰击靶材,溅射出的Ti原子沉积至金刚石表面,与金刚石的碳原子反应,生成TiC层(碳化钛),该TiC层与金刚石通过共价键结合,显著提高界面结合强度。磁控溅射镀Cr时间为50min,磁控溅射镀Cr的功率为120W。在该TiC层的基础上,高能氩离子轰击靶材,溅射出的Cr原子与金刚石表面的游离碳或TiC中的残余碳反应,生成Cr3C2层(碳化铬),该Cr3C2为连续的纳米晶复合结构,其能有效提高热导率,并且通过结合TiC形成双镀层使得金刚石颗粒与基体结合强度提高3~4倍,该具有双镀层的金刚石扫描电镜图如图1所示。

[0027]S203:磁控溅射镀Cr后,在真空环境冷却至100℃以下,停止通入氩气,打开放气阀,待台面温度冷却至室温后取出形成双层金属碳化物镀层(即包含TiC层和Cr3C2层)的金刚石颗粒,该双层金属碳化物镀层可以减少声子散射,热导率从300W/mK提升至≥420W/mK,且使得金刚石颗粒与基体的结合强度提高3-4倍。

[0028]S3:对所述形成双层金属碳化物镀层的金刚石颗粒执行第二表面处理工艺,使所述金刚石颗粒的双层金属碳化物镀层表面形成电镀金属层;

S300:镀液配制;对形成金属碳化物镀层的金刚石颗粒第二次预处理;其中所述镀液配置包括步骤如下:

S3001:将硫酸和氯化镍溶于60℃的去离子水中,搅拌至完全溶解。

[0029]S3002:加入硼酸,持续搅拌至透明。

[0030]S3003:冷却至室温后加入光亮剂1~3mL/L,定容至目标体积,在本实施例中,该光亮剂可以采用糖精钠。

[0031]S3004:调节镀液PH值4.0~4.5。

[0032]所述第二次预处理包括步骤如下:

S3100:将具有双层金属碳化物镀层的金刚石颗粒浸入浓度为0.1的十二烷基硫酸钠溶液中,超声处理10分钟,以提高其表面润湿性。

[0033]S3101:在浓度5%的稀硫酸中浸泡1min,去除表面氧化膜,暴露活性的TiC层和Cr3C2层。

[0034]S3102:使用去离子水冲洗所述金刚石颗粒,确保无残留酸液,然后在80℃的温度下真空干燥1h。

[0035]S301:将具有双层金属碳化物镀层的金刚石颗粒装入钛篮作为阴极,确保颗粒分散均匀,阳极采用镍板。

[0036]S302:将阴极和阳极分别放于镀液,其中电流密度为1~3A/dm2,优选电流密度为1.5A/dm2,温度为45~55℃,优选温度为45℃,时间为20~50min,优选时间为25min,在初始阶段可以采用低电流密度1A/dm2,维持5min后形成致密底层,然后逐步升高至1.5A/dm2,避免镀层内应力开裂。同时通过在镀液中增加光亮剂,其可以吸附于晶粒生长位点,抑制枝晶形成,细化晶粒。

[0037]S303:将电镀后的金刚石颗粒用去离子水超声洗5~7min,并在100~120℃干燥2~3小时,干燥后在300~400℃下退火30min,以使金刚石颗粒表面形成电镀金属层,该电镀金属层具体为纳米晶镍层,该电镀金属层的厚度为1.5~5μm,结合强度为35~40MPa,孔隙率<0.5%,热导率贡献提升至510~530W/mK。

[0038]S4:分区制备混合粉体并获取分区粉体。

[0039]S401:将94 wt% Cu粉、6wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为4h~5h,以形成第一分区粉体;所述第一分区粉体占总分区粉体厚度的20%。

[0040]S402:将96wt% Cu粉、4wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为3h~4h,以形成第二分区粉体;所述第二分区粉体占总分区粉体厚度的30%。

[0041]S403:将99wt% Cu粉、1wt% Mo粉加入球磨机中混合,所述球磨机的转速为300~400rpm,混合时间为2h~3h,以形成第三分区粉体;所述第三分区粉体占总分区粉体厚度的50%。

[0042]S5:将具有电镀金属层的金刚石颗粒按不同体积与各分区粉体混合,具体的,所述第一分区粉体与体积分数40%~50%的金刚石颗粒混合形成第一分区混合体;所述第二分区粉体与体积分数30%~40%的金刚石颗粒混合形成第二分区混合体;所述第三分区粉体与体积分数20%~30%的金刚石颗粒混合形成第三分区混合体。

[0043]S6:将上述第一分区混合体、第二分区混合体、第三分区混合体按照装填顺序分层装填,分层装填包括步骤如下:

S600:第一次装入第三分区混合体至真空烧结炉中,使该第三分区混合体位于真空烧结炉的底部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第三分区混合体轻压平整。

[0044]S601:第二次装入第二分区混合体至真空烧结炉中,使该第二分区混合体位于真空烧结炉的中部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第二分区混合体轻压平整。

[0045]S602:第三次装入第一分区混合体至真空烧结炉中,使该第一分区混合体位于真空烧结炉的顶部,以0.5~0.6Mpa的压力将所述第一分区混合体轻压平整。

[0046]上述在各层分区混合体装填后轻压,进而消除间隙,使得烧结时不容易开裂。

[0047]S7:将装填完成的各分区混合粉体进行梯度烧结,烧结工艺如下:

S700:一次升温:将真空烧结炉的温度由室温升温至600~650℃,升温温度为10℃±5℃/min。在该过程中高含量的Mo与金刚石反应生成连续的Mo2C层。

[0048]二次升温:将温度由600℃升温至850℃,升温温度为5℃/min。在该过程中高含量的Mo扩散至金刚石表面,与金刚石反应生成局部的Mo2C层。

[0049]一次保温:在温度800℃保温30min,在该一次保温阶段时,温度偏差需≤±5℃,时间误差≤2min,否则Mo扩散过量或不足,在该阶段Cu处于固态,Mo通过固相扩散迁移,Mo在固态Cu中的扩散系数(D≈1×10-14m2/s)足以实现表层富集,但不足以完全均匀化。进一步的,表层Mo含量与芯部低Mo形成浓度梯度,推动Mo原子向表层迁移,进而实现Mo的定向迁移。

[0050]三次升温:保温后将温度由800℃升温至1000℃,升温温度为3℃±5℃/min。

[0051]二次保温:在温度1000℃保温2±1h,在高保温过程中要控制升温速率≤±5℃,过快会导致液相Cu流动不均,保温结束后,液相Cu加速Mo的局部扩散,但整体梯度分布得以保留,相比于常规无梯度设计且无保温温度,本申请可以进一步实现Mo的预设浓度分布,且优化了Mo的扩散路径,增强界面反应,热膨胀系数梯度过渡,降低残余应力。

[0052]金刚石导热复合材料的扫描电镜图如图2所示,通过在烧结前进行分层装填,其使得表层Mo富集并确保Mo2C层连续,降低界面热阻,而处于底部的低Mo减少脆性相生成,其在烧结时通过Mo定向扩散与金刚石反应形成梯度界面层Mo2C层,其中由于梯度Mo扩散导致界面Mo2C层呈现纳米晶/非晶复合结构,其中非晶区可以填充晶界,抑制裂纹扩展,而纳米晶区可以提供高硬度。

[0053]进一步的,上述界面Mo2C层的界面结合强度可达147~163Mpa,弯曲强度达到180~200Mpa,热导率可达510~560W/mK,热膨胀系数达5~7ppm/K。

[0054]进一步的,在上述烧结步骤完成后,改性金刚石导热复合材料并对其施加5-10T脉冲磁场处理10~30min,通过该步骤可以利用磁场诱导界面位错重排,降低残余应力,并且使热导率进一步提升。

[0055]实施例二

实施例二与实施例一不同的是在对预处理金刚石颗粒执行第一表面处理工艺时,实施例一是先磁控溅射镀Ti完成后磁控溅射镀Cr,而实施例二是先磁控溅射镀Cr完成后磁控溅射镀Ti。并且在电镀时实施例一电镀Ni层,而本实施例是电镀Cu层,且将阴极和阳极放入镀液时,电流密度提升至3A/dm2,使得Cu沉积速度加快,镀液温度降低为25~35℃,可以有效防止Cu氧化。

[0056]电镀后分区制备混合粉体、分层装填及烧结工艺均同实施例一,烧结之后形成的梯度界面层包括Mo2C和Cr3C2的复合层及Ti-Cu固溶体,且梯度界面层的内部具有微量的Mo与金刚石表面TiC反应生成的MO-TI-C三元化合物。

[0057]具体的,该梯度界面层界面强度达到135±10MPa,热导率达到560±8W/mK,热膨胀系数为6.0±0.3 ppm/K,弯曲强度可达其热导率进一步提升后可以有效适应超高功率散热场景,降低了封装的热应力,且将电镀Cu替代了电镀Ni,因此成本显著降低。

[0058]对比例一不具有分区制备混合粉体及将分区粉体与不同体积具有电镀金属层的金刚石颗粒混合的步骤,其余步骤均同实施例一。

[0059]具体的,将上述梯度界面层的技术效果表格化如下:

[0060]由上述内容可知,通过梯度分层设计可以优化热膨胀系数和界面结合强度,同时提高热导率和弯曲强度,而双镀层的设计可以解决单界面层结合力不足的问题,提升了材料的可靠性和导热性能。

[0061]利用上述一种双镀层改性金刚石导热复合材料制备方法制备的金刚石导热复合材料,其由核心增强相、金属基体及分散于金属基体的界面改性结构构成,所述核心增强相由金刚石颗粒构成,所述金属基体包括主基体及掺杂金属,所述界面改性结构由内至外包括Mo2C反应层、电镀金属层、磁控溅射金属碳化物层,所述金刚石导热复合材料的厚度为1~10mm,所述金刚石导热复合材料颗粒的粒径为50~200µm,所述金刚石导热复合材料的热导率为510~560W/mK、热膨胀系数为5~7ppm/K,所述主基体为铜,所述掺杂金属为钼或钛中的任意一种。

[0062]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

[0063]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

说明书附图(2)

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标签:复合材料,金刚石导热复合材料
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