一種高導熱金剛石-金屬復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種金剛石-金屬復合材料，具體地所述復合材料包含金屬基體和金剛石復合體，其中，所述金剛石復合體包含金剛石顆粒和復合于所述金剛石顆粒表面的表面鍍層。本發明還公開了所述復合材料的制備方法和用途。該方法簡單，有效可行，成本低，獲得的復合材料性能優異，在電子封裝熱沉領域具有很大的市場前景。
【專利說明】
一種高導熱金剛石-金屬復合材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及金剛石復合材料領域，具體涉及一種高導熱金剛石-金屬復合材料及其制備方法。【背景技術】
[0002]隨著電子產品的不斷小型化以及高集成高功率發展，大功率器件運行過程中熱損傷導致器件無法正常工作的事件占整個電子器件損失率的60%以上。因此具有導熱性高、 與電子器件熱膨脹系數匹配的熱沉材料受到廣泛地關注。
[0003]以高導熱系數碳納米管，金剛石為增強相，與Al、Cu、Ag等金屬作為基體的第三代導熱材料正不斷被開發，但也存在一些問題。對于金剛石-鋁復合材料而言，大多數研究者過于注重復合材料熱導率的提高，忽視了復合材料制備過程中，易水解相A14C3的生成導致復合材料在潮濕空氣中界面穩定性差最終導致制備的復合材料無法在實際中獲得較好的應用。對于兩相界面結合強度較差的金剛石-銅(銀)復合材料而言，現有制備工藝條件中，往往在二者界面處引入碳化物元素(如8、1、&、111〇、51等)來獲得較好的結合能力， 但是界面層一般熱導率較低，界面層厚度控制不當在一定程度上會影響所制得復合材料基體的熱導率，從而導致復合材料熱導率下降。
[0004]綜上所述，本領域迫切需要開發一種同時具有高熱導率和高穩定性的復合材料。
【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種同時具有尚熱導率和尚穩定性的復合材料。
[0006] 本發明的第一方面，提供了一種金剛石_金屬復合材料，所述復合材料包含金屬基體和與所述金屬基體復合的金剛石復合體，其中，
[0007] 所述金剛石復合體包含金剛石顆粒和復合于所述金剛石顆粒表面的表面鍍層；
[0008] 所述表面鍍層包含復合于所述金剛石顆粒表面的碳化硼層和復合于所述碳化硼層表面的硼層。
[0009] 在另一優選例中，所述復合為化學鍵結合。
[0010] 在另一優選例中，所述金屬基體選自下組:銅、鋁、銀、或其合金、或其組合。
[0011] 在另一優選例中，所述金屬基體的形狀為:顆粒狀、片層狀。
[0012] 在另一優選例中，所述金屬基體的粒徑為1-400 ym，較佳地為10 — 100 ym，更佳地為 30 — 80 ym。
[0013] 在另一優選例中，所述金剛石復合體的粒徑為80-520 ym。
[0014]在另一優選例中，所述金剛石復合體的粒徑為100 — 500 ym，較佳地為 150-420 y m，更佳地為 200-400 y m。
[0015] 在另一優選例中，所述金剛石復合體的形狀為顆粒狀。
[0016] 在另一優選例中，按所述復合材料的總體積計，所述金剛石復合體的體積百分比為 15 — 85%。
[0017]在另一優選例中，按所述復合材料的總體積計，所述金剛石復合體的體積百分比為40 % -85 %，較佳地為45 % -85 %，更佳地為50 % -80 %。
[0018]在另一優選例中，所述表面鍍層厚度為l_5000nm。
[0019]在另一優選例中，所述表面鍍層厚度為10-3000nm，較佳地為100-2000nm，更佳地為 100-1000nm，最佳地為 100-200nm。
[0020]在另一優選例中，所述表面鍍層均勻包覆在所述金剛石顆粒表面。
[0021]在另一優選例中，所述表面鍍層中，所述碳化硼層和所述硼層的厚度比為1:200， 較佳地為1:100,更佳地為1:1。
[0022]在另一優選例中，所述碳化硼層的厚度為1 一 500nm，較佳地為1 一 50nm，更佳地為 1 — 40nm。
[0023]在另一優選例中，所述硼層的厚度為1 一 2000nm，較佳地為1 一 500nm，更佳地為 1 — 80nm〇
[0024]在另一優選例中，所述復合材料具有選自下組的一個或多個特征:
[0025]1)當金屬基體為鋁時，所得復合材料的導熱率彡480W/m ? k ;
[0026]2)當金屬基體為鋁時，所得復合材料的熱膨脹系數彡8.3ppm/K ;
[0027]3)當金屬基體為銅時，所得復合材料的導熱率多528W/m ? K ;
[0028]4)當金屬基體為銅時，所得復合材料的熱膨脹系數彡8.8ppm/k ;
[0029]在另一優選例中，所述復合材料中不含水解相。[〇〇3〇]本發明的第二方面，提供了一種本發明第一方面所述的復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0031]a-1)提供一種由金剛石顆粒，硼原料和有機溶液組成的均勻混合物A ;
[0032]a-2)在真空下，熱處理所述混合物A，得到金剛石復合體；
[0033]b-1)提供一種步驟a-2)所得的金剛石復合體和金屬原料的混合物B ;
[0034]b-2)熱壓燒結所述混合物B，得到本發明第一方面所述的復合材料。
[0035]在另一優選例中，所述硼原料為粉末狀、液態。
[0036]在另一優選例中，所述硼原料選自下組:硼粉、硼化物、或其組合。
[0037]在另一優選例中，所述硼原料的粒徑為100-50000nm，較佳地為100-20000nm ;更佳地為 l〇〇-l〇〇〇〇nm。
[0038]在另一優選例中，所述金剛石顆粒的粒徑為100-500 ym，較佳地為150-400 ym， 更佳地為200-400 ym。
[0039]在另一優選例中，所述有機溶液選自下組:酒精、聚乙烯醇水溶液、聚乙二醇水溶液、或其組合。
[0040]在另一優選例中，按所述混合物A的總重量計，金剛石顆粒的含量為80 — 99wt %; 和/或
[0041]硼原料的含量為l_15wt%。
[0042]在另一優選例中，按所述混合物A的總重量計，金剛石顆粒的含量為85 — 99wt %， 較佳地為85 — 95wt%。
[0043]在另一優選例中，按所述混合物A的總重量計，硼原料的含量為l_12wt%，較佳地為 l-10wt%。
[0044]在另一優選例中，所述熱處理溫度為1000-1400°C，較佳地為1000-1350°C，更佳地為 1000-1300°C。
[0045]在另一優選例中，在所述熱處理溫度的熱處理時間為30_300min，較佳地為 30-100min，更佳地為 30-60min。
[0046]在另一優選例中，所述真空度彡10 ipa ;較佳地為10 2Pa。
[0047]在另一優選例中，所述熱處理在真空碳管爐中進行。
[0048]在另一優選例中，所述真空碳管爐以加熱速率1_40°C /min加熱到熱處理溫度，較佳地為 5_10°C /min，更佳地為 8_10°C /min。
[0049]在另一優選例中，所述混合物B的燒結溫度為600-2000°C，較佳地為700-1500°C， 更佳地為700-1200 °C。
[0050]在另一優選例中，所述混合物B的燒結時間為30-300min，較佳地為60-150min，更佳地為 60-120min。
[0051]在另一優選例中，所述混合物B熱壓燒結的壓力為30_150MPa，較佳地為 40-80MPa〇
[0052]在另一優選例中，所述模具以5_50°C /min的加熱速率升溫到燒結溫度，較佳地加熱速率為5-30°C /min，更佳地加熱速率為5-25°C /min。
[0053]本發明的第三方面，提供了一種制品，所述制品包含本發明第一方面所述的復合材料或由本發明第一方面所述的復合材料構成。
[0054]本發明的第四方面，提供了一種本發明第一方面所述的復合材料的用途，用于制備機械制品、復合材料、電子元器件。
[0055]在另一優選例中，所述機械制品選自下組:刀具、磨具、銼刀、砂輪、鋸片、鉆頭。
[0056]在另一優選例中，所述電子元器件選自下組:封裝基材、散熱片。
[0057]應理解，在本發明范圍內中，本發明的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限于篇幅，在此不再一一累述。【附圖說明】
[0058]圖1是本發明實施例1金剛石復合體1的SEM圖和EDS能譜圖，其中a)和b)為金剛石復合體1的SEM圖，c)為金剛石復合體1的EDS能譜圖。
[0059]圖2a)為本發明實施例1的復合材料1的SEM圖片，圖2b)為本發明實施例3的復合材料3的SEM圖片。
[0060]圖3a)為本發明實施例1的復合材料1的XRD圖片，圖3b)為本發明實施例3的復合材料3的XRD圖片。
[0061]圖4a)和b)為本發明對比例1的復合材料C1的SEM圖片，圖4c)為本發明對比例2的復合材料C2的SEM圖片。【具體實施方式】
[0062]本發明人經過長期而深入的研究，意外地發現對金剛石進行表面處理，在其表面鍍碳化硼層和硼層后，再將其與金屬復合，可制備同時具有高熱導率、高穩定性和低熱膨脹系數的復合材料。基于上述發現，發明人完成了本發明。
[0063]術語
[0064]如本文所用，術語“本發明表面鍍層”、“表面鍍層”或者“碳化物層”可互換使用，均指復合于所述金剛石顆粒表面的碳化硼層和復合于所述碳化硼層表面的硼層形成的鍍層。
[0065]金剛石顆粒
[0066]在本發明中，所述金剛石顆粒沒有特別限制。
[0067]代表性地，所述金剛石的形狀包括(但并不限于):粉狀、塊狀、片狀或膜狀。
[0068]典型地，所述金剛石為天然的或為經高溫、高壓或化學氣相沉積生成的。
[0069]在本發明中，所述金剛石顆粒的粒徑沒有特別限制，可以是任意尺寸的顆粒。
[0070]具體地，所述金剛石顆粒的粒徑優選為100-500 ym，較佳地為150-400 ym，更佳地為 200-400 ym。
[0071]本發明所用的金剛石顆粒是供本發明硼化物層生長的基底，同時也是擴散硼原子的載體。在本發明中，金剛石是硼原子擴散不可缺少的載體材料，金剛石由于其晶格參數的特點，使得硼原子在金剛石表面形成均勻的硼化物層。
[0072]硼原料
[0073]在本發明中，所述硼原料沒有特別限制。
[0074]代表性地，所述硼原料的形狀包括(但并不限于):粉末狀、液態。
[0075]代表性地，所述硼原料包括(但并不限于):硼粉、硼化物、或其組合。
[0076]典型地，所述硼原料的粒徑為100-50000nm，較佳地為100-20000nm ;更佳地為 100-10000nm〇
[0077]有機溶液
[0078]在本發明中，所述有機溶液沒有特別限制，可以選用本領域常規的材料，或者用常規方法制備，或從市場購買得到。
[0079]代表性地，所述有機溶液包括(但并不限于):酒精、聚乙烯醇水溶液、聚乙二醇水溶液、或其組合。
[0080]復合材料
[0081]本發明提供了一種金剛石-金屬復合材料，所述復合材料包含金屬基體和與所述金屬基體復合的金剛石復合體，其中，
[0082]所述金剛石復合體包含金剛石顆粒和復合于所述金剛石顆粒表面的表面鍍層；
[0083]所述表面鍍層包含復合于所述金剛石顆粒表面的碳化硼層和復合于所述碳化硼層表面的硼層。
[0084]在另一優選例中，所述復合為化學鍵結合。
[0085]本發明的金屬基體包括散熱領域可用的金屬(包括純金屬和合金)，沒有特別限制。
[0086]代表性地，所述金屬基體包括(但并不限于):銅、鋁、銀、或其合金、或其組合。
[0087]代表性地，所述金屬基體的形狀包括(但并不限于):顆粒狀、片層狀。
[0088]典型地，所述金屬基體的粒徑優選為1-400 y m，較佳地為10 — 100 y m，更佳地為 30 — 80 u m〇
[0089]在本發明中，所述金剛石復合體的粒徑沒有特別限制，優選為80-520 ym。
[0090]典型地，所述金剛石復合體的粒徑為100 — 500 y m，較佳地為150-420 y m，更佳地為 200-400 ym。
[0091]代表性地，所述金剛石復合體的形狀包括(但并不限于):顆粒狀。
[0092]典型地，按所述復合材料的總體積計，所述金剛石復合體的體積百分比為15 — 85%〇
[0093]具體地，按所述復合材料的總體積計，所述金剛石復合體的體積百分比為 40 % -85 %，較佳地為45 % -85 %，更佳地為50 % -80 %。
[0094]在本發明中，所述表面鍍層厚度為l_5000nm。
[0095]典型地，所述表面鍍層厚度為10_3000nm，較佳地為100-2000nm，更佳地為 100-1000nm，最佳地為 100-200nm。
[0096]應理解，在本發明中，所述表面鍍層均勻包覆在所述金剛石顆粒表面。
[0097]在另一優選例中，所述表面鍍層中，所述碳化硼層和所述硼層的厚度比為1:200， 較佳地為1:100,更佳地為1:1。
[0098]在另一優選例中，所述碳化硼層的厚度為1 一 500nm，較佳地為1 一 50nm，更佳地為 1 — 40nm。
[0099]在另一優選例中，所述硼層的厚度為1 一 2000nm，較佳地為1 一 500nm，更佳地為 1 — 80nm〇
[0100]應理解，在本發明中，所述硼層的厚度和粗糙度可以通過調節參數控制。
[0101]在另一優選例中，所述復合材料具有選自下組的一個或多個特征:
[0102]1)當金屬基體為鋁時，所得復合材料的導熱率彡480W/m ? k ;[〇1〇3]2)當金屬基體為鋁時，所得復合材料的熱膨脹系數彡8.3ppm/K ;
[0104]3)當金屬基體為銅時，所得復合材料的導熱率多528W/m ? K ;
[0105]4)當金屬基體為銅時，所得復合材料的熱膨脹系數< 8.8ppm/k ;
[0106]在另一優選例中，所述復合材料中不含水解相。
[0107]制備方法
[0108]本發明提供了一種所述的復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0109]a-1)提供一種由金剛石顆粒，硼原料和有機溶液組成的均勻混合物A ;
[0110]a-2)在真空下，熱處理所述混合物A，得到金剛石復合體；
[0111]b-1)提供一種步驟a-2)所得的金剛石復合體和金屬原料的混合物B ;
[0112]b-2)熱壓燒結所述混合物B，得到權利要求1所述的復合材料。
[0113]具體地，按所述混合物A的總重量計，金剛石顆粒的含量為80 — 99wt % ;和/或
[0114]硼原料的含量為l_15wt%。
[0115]典型地，按所述混合物A的總重量計，金剛石顆粒的含量為85 — 99wt%，較佳地為 85 — 95wt%。
[0116]典型地，按所述混合物A的總重量計，硼原料的含量為l_12wt%，較佳地為 l-10wt% 〇
[0117]在本發明中，所述熱處理時間、真空度、加熱速率沒有特別限制。
[0118]在另一優選例中，所述熱處理溫度為1000-1400°C，較佳地為1000-1350°C，更佳地為 1000-1300°C。
[0119]在另一優選例中，在所述熱處理溫度的熱處理時間為30-300min，較佳地為 30-100min，更佳地為 30-60min。
[0120]在另一優選例中，所述真空度< 10 ’a ;較佳地為10 2Pa。[0121 ]在另一優選例中，所述熱處理在真空碳管爐中進行。
[0122]在另一優選例中，所述真空碳管爐以加熱速率1_40°C /min加熱到熱處理溫度，較佳地為 5_10°C /min，更佳地為 8_10°C /min。
[0123]在另一優選例中，所述混合物B的燒結溫度為600-2000°C，較佳地為700-1500°C， 更佳地為700-1200 °C。
[0124]在另一優選例中，所述混合物B的燒結時間沒有特別限制，優選為30-300min，較佳地為60-150min，更佳地為60-120min。
[0125]在另一優選例中，所述混合物B熱壓燒結的壓力沒有特別限制，優選為 30-150MPa，較佳地為 40-80MPa。
[0126]在另一優選例中，所述模具以5-50°C /min的加熱速率升溫到燒結溫度，較佳地加熱速率為5-30°C /min，更佳地加熱速率為5-25°C /min。
[0127]應用
[0128]本發明還提供了一種制品，所述制品包含所述的復合材料或由所述的復合材料構成。
[0129]本發明還提供了一種所述的復合材料的用途，用于制備機械制品、復合材料、電子元器件。
[0130]代表性地，所述機械制品包括(但并不限于):刀具、磨具、銼刀、砂輪、鋸片、鉆頭。
[0131]代表性地，所述電子元器件包括(但并不限于):封裝基材、散熱片。
[0132]與現有技術相比，本發明具有以下主要優點:
[0133](1)本發明所制備的復合材料界面強度優異，穩定性好，導熱性能良好。
[0134](2)本發明所制備的復合材料熱膨脹系數低且可控；
[0135](3)本發明制備方法簡單易行，工序簡單，設備要求簡單，成本低，適合工業化生產操作；
[0136](4)可制備大尺寸復合材料。
[0137]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數按重量計算。除非特別說明，按常規方法測試本發明的復合材料的密度、導熱率、熱膨脹系數等性能。
[0138]除非另行定義，文中所使用的所有專業與科學用語與本領域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發明方法中。文中所述的較佳實施方法與材料僅作示范之用。
[0139]實施例1
[0140]1.1制備金剛石復合體1
[0141]將平均粒徑分別為約200 ym的金剛石顆粒，少量硼粉和濃度為5%的聚乙烯醇水溶液混合均勻，形成混合體。其中，按混合體的總重量計算，B粉的質量分數為10%，金剛石顆粒的質量分數為85 %。將混合體放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為10 2Pa，以升溫速率為10°C /min升溫至1300°C，保溫60min，然后隨爐冷卻至室溫。將高溫處理過的混合體取出，分別過30目、60目、80目、100目、150目篩，去除過剩的硼粉，獲得表面生長有硼化物層的金剛石復合體1。
[0142]結果
[0143]對金剛石復合體1進行表面形貌和成分測試。
[0144]圖1為金剛石復合體1的SEM圖和EDS能譜圖，從圖1中可以看出，碳化物層均勻包覆在金剛石顆粒表面。
[0145]1.2制備金剛石-鋁復合材料1
[0146]將經前述步驟處理的金剛石復合體1與高純鋁粉共同混合均勻，按混合后的粉料總重量計算，鋁粉質量分數為30%。將混合后的粉料在高精密模具中，以升溫速率10°C / min加熱至700°C進行燒結，保溫時間為60min，壓力為50MPa ;然后隨爐冷卻至室溫，得到金剛石-鋁復合材料1，其密度為3.2g/cm3,導熱率為560W/m ? K，熱膨脹系數為8.22ppm/K。
[0147]結果
[0148]對所得復合材料1進行表面形貌和成分測試。
[0149]圖2a)為復合材料1的SEM圖片，從圖2a)可以看出，金剛石復合體1與金屬鋁之間結合致密，這表明金剛石復合體1與金屬鋁具有高的致密度和結合強度。
[0150]圖3a)為復合材料1的XRD圖片，從圖3a)中可以看出，在復合材料1中不存在 A14C3水解相，這表明復合材料1在潮濕空氣中不會發生水解，可以穩定存在。
[0151]實施例2
[0152]2.1制備金剛石復合體2
[0153]將平均粒徑分別為約300 ym的金剛石顆粒，少量硼粉和濃度為5%的聚乙二醇水溶液混合均勻，形成混合體。其中，按混合體的總重量計算，B粉的質量分數為10%，金剛石的質量分數為80 %。將上述混合體放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為10 2Pa，以升溫速率為10°C /min升溫至1250°C，保溫60min，然后隨爐冷卻至室溫。將高溫處理過的混合體取出，分別過30目、60目、80目、100目、150目篩，去除過剩的硼粉，獲得表面生長有硼化物層的金剛石復合體2。
[0154]2.2制備金剛石-鋁復合材料2
[0155]將此前步驟處理得到的金剛石復合體2放入壓鑄模具中，以25°C /min的速率高頻加熱使模具預熱到700度后，然后將加熱熔化后的鋁水迅速倒入壓鑄模具中進行熱壓，壓力為50MPa，然后隨爐冷卻至室溫，得到金剛石-鋁復合材料2。按混合后物質的總重量計算，鋁的質量分數為40%。所得復合材料2的密度為3.0lg/cm3,導熱率為480W/m ?!(，熱膨脹系數為8.04ppm/K。
[0156]實施例3
[0157]3.1制備金剛石復合體3
[0158]將平均粒徑分別為約300 ym的金剛石顆粒，少量硼粉和濃度為5%的聚乙烯醇水溶液混合均勻，形成混合體。其中，按混合體的總重量計算，B粉的質量分數為8%，金剛石顆粒的質量分數為80 %。將上述混合體放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為10 2Pa，以升溫速率為8°C /min升溫至1300°C，保溫60min，然后隨爐冷卻至室溫。將高溫處理過的混合體取出，分別過30目、60目、80目、100目、150目篩，去除過剩的硼粉，獲得表面生長有硼化物層的金剛石復合體3。
[0159]3.2制備金剛石-銅復合材料3
[0160]將經前述步驟處理的金剛石復合體3與高純銅粉共同混合均勻，按混合后的粉料的總重量計算，銅粉質量分數為50%。將混合后的粉料在真空熱壓爐模具中以升溫速率 8°C /min加熱至1100°C進行燒結，燒結壓力為45MPa，制得金剛石-銅復合材料3,其密度為 6.22g/cm3,導熱率為528W/m ? K，熱膨脹系數為8.794ppm/K。
[0161]結果
[0162]圖2b)為金剛石-銅復合材料的SHM圖片，圖中金剛石與銅結合良好；圖3b)為復合材料3的XRD圖片，從圖3b)中可以看出，在復合材料3中不存在其他合金相物質。
[0163]實施例4
[0164]4.1制備金剛石復合體4
[0165]將平均粒徑分別為約300 ym的金剛石顆粒，少量硼粉和濃度為5%的聚乙二醇水溶液混合均勻，形成混合體。其中，按混合體的總重量計算，B粉的質量分數為8%，金剛石的質量分數為80 %。將上述混合體放入真空碳管爐中，抽真空至真空度為10 2Pa，以升溫速率為8°C /min升溫至1250°C，保溫60min，然后隨爐冷卻至室溫。將高溫處理過的混合體取出，分別過30目、60目、80目篩，去除過剩的硼粉，獲得表面生長有硼化物層的金剛石復合體4。
[0166]4.2制備金剛石-銅復合材料4
[0167]將經前述步驟處理的金剛石復合體4均勻鋪在銅片上，然后再在均勻鋪好的金剛石復合體4表面放置銅片一層。將所得物放入放電等離子體燒結爐模具中，以升溫速率 10°C /min加熱至1000°C進行燒結，保溫時間為60min，燒結壓力為50MPa，然后隨爐冷卻至室溫，得到金剛石-銅復合材料4,其密度為6.258g/cm3,導熱率為590W/m ? K，熱膨脹系數為 8.llppm/K。
[0168]對比例1
[0169]金剛石-鋁復合材料C1
[0170]將未經處理的金剛石粉體與鋁粉在與實施例1中1.2相同的燒結條件下燒結處理得到復合材料C1。
[0171]圖4a)和b)為原始金剛石粉體與金屬鋁粉復合所得的復合材料C1的SEM圖片， 從圖4a)和b)中可以看出鋁粉選擇性地黏附在金剛石表面，導致鋁粉和金剛石顆粒的結合強度較小。此外，在高溫制備復合材料過程，復合材料界面結合處會有易水解脆性相A14C3 的產生，導致復合材料Cl在潮濕空氣中界面穩定性差。
[0172]對比例2
[0173]金剛石-銅復合材料C2
[0174]將未經處理的金剛石粉體與銅粉在與實施例3中3.2相同的燒結條件下燒結處理得到復合材料C2。
[0175]圖4 c)為原始的金剛石粉體與金屬銅粉復合所得的復合材料C2,從圖4c)中可以看出銅粉與金剛石顆粒之間結合較差。這是由于金剛石顆粒與金屬銅界面之間幾乎沒有浸潤性，導致所得復合材料C2結合性能較差，熱導率較低(248W/m ? K)。
[0176]相比于對比例1和2,經本發明所述方法處理后的金剛石與金屬基體燒結所得的復合材料的穩定性、結合強度、熱導率和熱膨脹系數均得到明顯的改善和提升，其中熱導率從248W/m ? K升高為528W/m ? K，提升率高達113 %。
[0177] 在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
【主權項】
1.一種金剛石-金屬復合材料，其特征在于，所述復合材料包含金屬基體和與所述金 屬基體復合的金剛石復合體，其中，所述金剛石復合體包含金剛石顆粒和復合于所述金剛石顆粒表面的表面鍍層；所述表面鍍層包含復合于所述金剛石顆粒表面的碳化硼層和復合于所述碳化硼層表 面的硼層。2.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于，所述金屬基體選自下組:銅、鋁、銀、或 其合金、或其組合。3.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于，所述金剛石復合體的粒徑為 80-520 u m〇4.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于，按所述復合材料的總體積計，所述金剛 石復合體的體積百分比為15 — 85%。5.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于，所述表面鍍層厚度為l-5000nm。6.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于，所述復合材料具有選自下組的一個或 多個特征:1)當金屬基體為鋁時，所得復合材料的導熱率多480W/m ? k ;2)當金屬基體為鋁時，所得復合材料的熱膨脹系數彡8.3ppm/K ;3)當金屬基體為銅時，所得復合材料的導熱率多528W/m ? K ;4)當金屬基體為銅時，所得復合材料的熱膨脹系數< 8.8ppm/k。7.—種權利要求1所述的復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:a_l)提供一種由金剛石顆粒，硼原料和有機溶液組成的均勻混合物A ;a-2)在真空下，熱處理所述混合物A，得到金剛石復合體；b_l)提供一種步驟a-2)所得的金剛石復合體和金屬原料的混合物B;b-2)熱壓燒結所述混合物B，得到權利要求1所述的復合材料。8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，按所述混合物A的總重量計，金剛石顆 粒的含量為80 — 99wt% ;和/或硼原料的含量為l_15wt%。9.一種制品，其特征在于，所述制品包含權利要求1所述的復合材料或由權利要求1所 述的復合材料構成。10.—種權利要求1所述的復合材料的用途，其特征在于，用于制備機械制品、復合材 料、電子元器件。
【文檔編號】C22C26/00GK105986158SQ201510075147
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月12日
【發明人】馬洪兵, 白華, 江南, 張軍安, 西村仁, 西村一仁, 鄒煌輝
【申請人】中國科學院寧波材料技術與工程研究所, 寧波晶鉆工業科技有限公司