一種攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法
【專利摘要】一種攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行：(1)金剛石表面改性，通過化學(xué)鍍方式對金剛石進行表面鍍銅處理；(2)攪拌噴吹熔煉，使銅基熔體形成離心渦流，銅基熔體除純銅外，還含有Cu?Cr、Cu?W、Cu?Ti或Cu?Si中一種或幾種合金，向銅熔體中噴吹鍍銅金剛石，使之原位生成Cr3C2、WC、SiC以及TiC等界面增強相；(3)偏心均勻彌散，使界面增強相以及未反應(yīng)的金剛石充分彌散；(4)速冷凝固，將銅基熔體速冷凝固，得到高性能銅基金剛石熱沉材料。本方法通過攪拌、噴吹等技術(shù)在材料制備技術(shù)中的應(yīng)用解決了銅基金剛石復(fù)合材料制備過程中界面潤濕性差，不易分散的問題，屬流程簡單、低成本、高效的銅基復(fù)合材料制備技術(shù)。
【專利說明】
一種攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]近年來隨著電子產(chǎn)品消費量的迅速提高，電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子元器件的單位發(fā)熱量不斷上升，制備出導(dǎo)熱性能更好，熱膨脹系數(shù)更低的電子封裝材料成為制約電子產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。銅基金剛石復(fù)合材料，因具有較高的熱導(dǎo)率和較低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點已逐漸取代了傳統(tǒng)的Cu-W、Cu-Mo系列的電子封裝材料，被廣泛的應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片和集成電路中。
[0003]銅基金剛石復(fù)合材料，其中作為增強相的金剛石顆粒與銅的潤濕性較差，難以在銅熔體中充分彌散，直接進行熔煉易導(dǎo)致偏析現(xiàn)象嚴(yán)重。現(xiàn)有的粉末燒結(jié)法，熔滲法等制備的銅基金剛石存在生產(chǎn)效率低，增強相與基體的結(jié)合差等缺陷;等離子放電燒結(jié)法，可以制備出高密度的合金鑄錠，但是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。申請?zhí)?01510934596.7的專利提出使用Ti合金粉、鈦粉和金剛石通過放電等離子燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)制備銅基金剛石復(fù)合材料，其中，Cu含量為40?60wt%，Ti含量為2?10wt%，余量為金剛石。申請?zhí)?01510037123.7的專利提出了金剛石表面鍍Mo以及放電等離子燒結(jié)法制備金剛石/銅復(fù)合材料，其制備步驟為將金剛石混合均勻，將其裝于氧化鋁坩禍中，分別置于通有氫氣、氬氣氣氛的管式爐中加熱。樣品隨爐冷卻取出后，對金剛石顆粒進行超聲波清洗并烘干。將鍍鉬后的金剛石置于行星球磨機中混合均勻。最后，將球磨后的混合物置于石墨模具中，采用放電等離子燒結(jié)法制備金剛石/銅復(fù)合材料，燒結(jié)完成即得到高導(dǎo)熱率的金剛石/Cu電子封裝復(fù)合材料。二者都采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備復(fù)合材料，不但工藝復(fù)雜，且生產(chǎn)成本很高。申請?zhí)?00910117440.4的專利提出了粉末燒結(jié)法制備銅基金剛石復(fù)合材料，其中金剛石粉末按以上基體材料總重量的3.60?5.10%配料;其制備步驟為，將配好的物料進行球磨混料，按產(chǎn)品重量要求稱料、裝入壓模中用壓力機壓制成型，然后在真空感應(yīng)燒結(jié)壓機中用石墨模具加壓，燒結(jié)成成形材料。所制備的材料增強相與基體的結(jié)合差，宏觀偏析嚴(yán)重。申請?zhí)?015100 37466.3的專利提出采用粉末覆蓋燃燒法對金剛石表面鍍Mo，然后采用氣體壓滲法制備金剛石/銅復(fù)合材料。鍍覆層從內(nèi)向外，內(nèi)層是此義層，該層強固地附著在金剛石表面上;外層為Mo層，該層的形成，使金剛石表面具有金屬特性。料塊在燃燒過程中反應(yīng)速度極快，難以控制反應(yīng)進程，導(dǎo)致合金材料成分波動大，夾雜物含量高。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有高導(dǎo)熱銅基金剛石復(fù)合材料在制備技術(shù)上存在的不足，提供一種攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，該方法通過金剛石表面改性、攪拌噴吹熔煉、偏心均勻彌散和速冷凝固四步，實現(xiàn)高性能銅基金剛石熱沉材料的制備。
[0005]本發(fā)明的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0006]步驟1.金剛石表面改性:
[0007]將金剛石置于鍍液中，進行化學(xué)鍍銅處理，烘干后制得鍍銅金剛石；
[0008]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0009](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Cr、Cu-W、Cu-Ti或Cu-Si中的一種或幾種合金;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為50?90wt%，中間合金為0.5?2wt%，余量為純銅；
[0010](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在110 O?13 O O °C，加熱熔煉1?40m in，形成銅基恪體；
[0011](3)銅基熔體離心化:攪拌銅基熔體，攪拌速度為100?400rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0012](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相，形成復(fù)合有增強相的銅基熔體；
[0013]步驟3.偏心均勻彌散:
[0014]調(diào)整攪拌槳位置，對復(fù)合有增強相的銅基熔體進行偏心攪拌，形成均勻彌散后的銅基恪體;其中，攪拌速度為50?200rpm，攪拌時間為5?60min;
[0015]步驟4.速冷凝固:
[0016]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體速冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0017]所述的步驟I中，金剛石預(yù)先經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理，然后將金剛石置于鍍液中，進行化學(xué)鍍銅處理；
[0018]所述的步驟I中，化學(xué)鍍銅處理的參數(shù)為:施鍍時間0.8?3h，施鍍溫度40?50°C，每升鍍液中含有:CuS04.5H20:10?20g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的甲醛:10?20g，酒石酸鉀鈉:10?18g，EDTA:19?20g，Na0H:14?15g，二聯(lián)吡啶:0.01?0.03g，亞鐵氰化鉀:0.01g，鍍液的pH為12.0?12.5;
[0019]所述的步驟I中，烘干在真空干燥箱中進行，烘干后制得的鍍銅金剛石，界面潤濕角小于80度；
[0020]所述的步驟2(2)中，熔煉在高溫爐中進行；
[0021 ]所述的步驟2 (3)中，采用石墨槳攪拌；
[0022]所述的步驟2(4)中，可能發(fā)生的原位反應(yīng)，如(1)、(2)、(3)和(4)所示，生成的增強相為Cr3C2、WC、TiC或SiC中的一種或幾種，
[0023]3Cr+2C = Cr3C2(I)
[0024]ff+C=WC(2)
[0025]Ti+C = TiC(3)
[0026]Si+C = SiC(4)
[0027]所述的步驟3中，攪拌槳的偏心率為0.2?0.9;
[0028]所述的步驟3中，均勻彌散后的銅基熔體中包括增強相與未反應(yīng)的鍍銅金剛石；
[0029]所述的步驟4中，速冷凝固的方式為強制水冷或空冷；
[0030]所述方法制備的銅基金剛石熱沉材料，熱導(dǎo)率最高為550?950W.m—1.K—I線性熱膨脹系數(shù)低至4.5?9.6ppm.K—1，比熱容為412?471J.kg—1.0C^10
[0031]本發(fā)明的有益效果:
[0032](I)通過對金剛石表面鍍銅處理可以極大的改善金剛石與銅基熔體的表面潤濕性能，促進一■者尚效混合及彌散；
[0033](2)采用攪拌噴吹的方式可以在加料過程中提高金剛石與銅基熔體的一次彌散分布效果，并在熔體中原位生成新的增強相；
[0034](3)熔煉過程增強相為原位反應(yīng)直接生成，因此其與金屬基體的結(jié)合強度高，分散更均勻，且在摩擦過程中不易脫落，材料由均勻的高溫合金熔體直接制備得到，所得材料的致密度更高，力學(xué)性能好；
[0035](4)采用偏心均勻彌散的方式可以促使金剛石在銅基熔體中的高度彌散，再通過速冷凝固的方式可以阻礙偏析，實現(xiàn)金剛石在銅基熔體中的高度彌散。
[0036]本發(fā)明制備的銅基金剛石熱沉材料由于其具有熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體及電子封裝材料等方面。
【具體實施方式】
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[0037]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
[0038]本發(fā)明所述的實施例中涉及的金剛石為純度大于99.9%的金剛石；
[0039]Cu-Cr、Cu-W、Cu-T1、Cu-Si 以及銅純度均大于99 %。
[0040]以下實施例制備的銅基金剛石熱沉材料，熱導(dǎo)率最高為550?950W.m—1.K—S線性熱膨脹系數(shù)低至4.5?9.6ppm.K—1，比熱容為412?471J.kg—1.°C。
[0041 ] 實施例1:
[0042]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0043]步驟1.金剛石表面改性:
[0044]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5H20:1Og，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 % 的甲醛:1g，酒石酸鉀鈉:1g，EDTA: 19g，NaOH: 14g，二聯(lián)吡啶:0.0Ig，亞鐵氰化鉀:0.0Ig，鍍液的pH為12.0;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度50°C，施鍍0.Sh后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0045]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0046](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Cr合金;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為90wt%、中間合金為0.5wt%，余量為純銅；
[0047](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在110 O °C，在高溫爐中加熱熔煉40m in，形成銅基恪體；
[0048](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為10rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0049](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相Cr3C2，形成復(fù)合有Cr3C2增強相的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(I);
[0050]步驟3.偏心均勻彌散:
[0051]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.2，對復(fù)合有增強相Cr3C2的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為50rpm，攪拌時間為60min，使增強相與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0052]步驟4.速冷凝固:
[0053]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行強制水冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0054]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為950w/m.K，比熱容為471J/kg.°C，線性熱膨脹系數(shù)為4.5ppm/K。
[0055]實施例2:
[0056]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0057]步驟1.金剛石表面改性:
[0058]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5H20:1 Ig，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 % 的甲醛:I Ig，酒石酸鉀鈉:I Ig，EDTA: 19g，NaOH: 14g，二聯(lián)吡啶:0.0Ig，亞鐵氰化鉀:0.0Ig，鍍液的pH為12.0;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度48°C，施鍍Ih后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0059]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0060](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-W;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為85wt%、中間合金為0.6wt%，余量為純銅；
[0061](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在112 O °C，在高溫爐中加熱熔煉36min，形成銅基恪體；
[0062](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為140rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0063](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相WC，形成復(fù)合有增強相WC的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(2);
[0064]步驟3.偏心均勻彌散:
[0065]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.3，對復(fù)合有增強相WC的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為60rpm，攪拌時間為50min，使增強相WC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0066]步驟4.速冷凝固:
[0067]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行強制水冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0068]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為820w/m.K，比熱容為459J/kg.°C，線性熱膨脹系數(shù)為5.2ppm/K。
[0069]實施例3:
[0070]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0071 ]步驟1.金剛石表面改性:
[0072]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5出0:128，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的甲醛:128，酒石酸鉀鈉:12840了厶:198，恥0!1:148，二聯(lián)吡啶:0.0Ig，亞鐵氰化鉀:0.0Ig，鍍液的pH為12.0;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度47°C，施鍍1.2h后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0073]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0074](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Ti;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為80wt%、中間合金為0.8wt%，余量為純銅；[0075 ] (2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在114 O °C，在高溫爐中加熱熔煉34min，形成銅基恪體；
[0076](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為180rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0077](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相TiC，形成復(fù)合有增強相TiC的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(3);
[0078]步驟3.偏心均勻彌散:
[0079]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.4，對復(fù)合有增強相TiC的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為80rpm，攪拌時間為40min，使增強相TiC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0080]步驟4.速冷凝固:
[0081]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行強制水冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0082]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為780w/m.K，比熱容為451J/kg.°C，線性熱膨脹系數(shù)為5.6ppm/K。
[0083]實施例4:
[0084]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0085]步驟1.金剛石表面改性:
[0086]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5H20:13g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 % 的甲醛:13g，酒石酸鉀鈉:13g，EDTA: 19g，NaOH: 14g，二聯(lián)吡啶:0.02g，亞鐵氰化鉀:0.0Ig，鍍液的pH為12.3;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度46°C，施鍍1.4h后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0087]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0088](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Si;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為75wt%、中間合金為lwt%，余量為純銅；
[0089](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在116 O °C，在高溫爐中加熱熔煉30min，形成銅基恪體；
[0090](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為200rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0091](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相SiC，形成復(fù)合有增強相SiC的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(4);
[0092]步驟3.偏心均勻彌散:
[0093]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.5，對復(fù)合有增強相SiC的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為lOOrpm，攪拌時間為35min，使增強相SiC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0094]步驟4.速冷凝固:
[0095]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行強制水冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0096]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為730w/m.K，比熱容為447J/kg.°C，線性熱膨脹系數(shù)為6.2ppm/K。
[0097]實施例5:
[0098]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0099]步驟1.金剛石表面改性:
[0100]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5H20:14g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 % 的甲醛:14g，酒石酸鉀鈉:14g，EDTA: 19g，NaOH: 14.5g，二聯(lián)吡啶:0.02g，亞鐵氰化鉀:0.0Ig，鍍液的pH為12.3;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度45 V，施鍍1.6h后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；[0101 ]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0102](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Cr和Cu-W ；按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為70wt %、中間合金為1.2wt %，余量為純銅；
[0103](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在118O °C，在高溫爐中加熱熔煉28min，形成銅基恪體；
[0104](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為240rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0105](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相Cr3CdPWC，形成復(fù)合有增強相Cr3CdPWC的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(I )、(2);
[0106]步驟3.偏心均勻彌散:
[0107]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.6，對復(fù)合有增強相Cr3CdPWC的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為120rpm，攪拌時間為30min，使增強相Cr3CdPWC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0108]步驟4.速冷凝固:
[0109]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行強制水冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0110]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為700w/m.K，比熱容為440J/kg.°C，線性熱膨脹系數(shù)為6.5ppm/K。
[0111]實施例6:
[0112]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0113]步驟1.金剛石表面改性:
[0114]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5出0:158，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的甲醛:158，酒石酸鉀鈉:15840了厶:19.58，恥0!1:14.58，二聯(lián)吡啶:0.02g，亞鐵氰化鉀:0.0lg，鍍液的pH為12.3;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度44°C，施鍍1.8h后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0115]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0116](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Ti和Cu-Si ;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為65wt%、中間合金為1.4wt%，余量為純銅；
[0117](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在1200°C，在高溫爐中加熱熔煉26min，形成銅基恪體；
[0118](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為280rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0119](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相TiC和SiC，形成復(fù)合有增強相TiC和SiC的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(3)、(4);
[0120]步驟3.偏心均勻彌散:
[0121]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.6，對復(fù)合有增強相TiC和SiC的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為130rpm，攪拌時間為25min，使增強相TiC和SiC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0122]步驟4.速冷凝固:
[0123]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行空冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0124]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為680w/m.K，比熱容為431J/kg.V，線性熱膨脹系數(shù)為7.lppm/K。
[0125]實施例7:
[0126]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0127]步驟1.金剛石表面改性:
[0128]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5H20:16g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 % 的甲醛:16g，酒石酸鉀鈉:16g，EDTA: 19.5g，NaOH: 14.5g，二聯(lián)吡啶:0.03g，亞鐵氰化鉀:0.0I g，鍍液的pH為12.5;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度43 V，施鍍2h后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0129]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0130](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Cr、Cu-W和Cu-Ti ;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為60wt%、中間合金為1.6wt%，余量為純銅；
[0131](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在12 2 O °C，在高溫爐中加熱熔煉24min，形成銅基恪體；
[0132](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為300rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0133](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相Cr3C2、WC和TiC，形成復(fù)合有增強相Cr3C2、WC和TiC的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(I)、
(2),(3);
[0134]步驟3.偏心均勻彌散:
[0135]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.7，對復(fù)合有增強相Cr3C2、WC和TiC的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為150rpm，攪拌時間為20min，使增強相Cr3C2、WC和TiC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0136]步驟4.速冷凝固:
[0137]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行空冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0138]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為600w/m.K，比熱容為423J/kg.V，線性熱膨脹系數(shù)為7.9ppm/K。
[0139]實施例8:
[0140]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0141]步驟1.金剛石表面改性:
[0142]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5出0:178，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的甲醛:178，酒石酸鉀鈉:17840了厶:19.58，恥0!1:158，二聯(lián)吡啶:0.03g，亞鐵氰化鉀:0.0Ig，鍍液的pH為12.5;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度42 V，施鍍2.5h后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0143]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0144](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-W、Cu-Ti和Cu-Si ;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為55wt%、中間合金為1.8wt%，余量為純銅；
[0145](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在12 4 O °C，在高溫爐中加熱熔煉20min，形成銅基恪體；
[0146](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為320rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0147](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相胃(:、1^和31(:，形成復(fù)合有增強相￥(:、1^(:和31(:的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(2)、(3)、
(4)；
[0148]步驟3.偏心均勻彌散:
[0149]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.8，對復(fù)合有增強相WC、TiC和SiC的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為160rpm，攪拌時間為15min，使增強相WC、TiC和SiC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0150]步驟4.速冷凝固:
[0151]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行空冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0152]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為580w/m.K，比熱容為422J/kg.V，線性熱膨脹系數(shù)為8.4ppm/K。
[0153]實施例9:
[0154]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0155]步驟1.金剛石表面改性:
[0156]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5H20:18g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 % 的甲醛:18g，酒石酸鉀鈉:18g，EDTA: 20g，NaOH: 15g，二聯(lián)吡啶:0.03g，亞鐵氰化鉀:0.0lg，鍍液的pH為12.5;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度41 °C，施鍍2.Sh后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0157]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0158](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Cr、Cu-W和Cu-Si ;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為50wt%、中間合金為1.9wt%，余量為純銅；
[0159](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在1260°C，在高溫爐中加熱熔煉15min，形成銅基恪體；
[0160](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為360rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0161 ] (4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相Cr3C2、WC和SiC，形成復(fù)合有增強相Cr3C2、WC和SiC的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(I)、(2),(4);
[0162]步驟3.偏心均勻彌散:
[0163]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.8，對復(fù)合有增強相Cr3C2、WC和SiC的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為180rpm，攪拌時間為lOmin，使增強相Cr3C2、WC和SiC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0164]步驟4.速冷凝固:
[0165]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行空冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0166]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為550w/m.K，比熱容為412J/kg.V，線性熱膨脹系數(shù)為9.6ppm/K。
[0167]實施例10:
[0168]攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，按以下步驟進行:
[0169]步驟1.金剛石表面改性:
[0170]將金剛石經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理后，置于鍍液中，每升鍍液中含有:CuSO4.5H20: 20g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 % 的甲醛:20g，酒石酸鉀鈉:18g，EDTA: 20g，NaOH: 15g，二聯(lián)吡啶:0.03g，亞鐵氰化鉀:0.0Ig，鍍液的pH為12.5;進行化學(xué)鍍銅處理，施鍍溫度40°C，施鍍3h后取出在真空干燥箱中烘干后制得鍍銅金剛石，鍍銅金剛石界面潤濕角小于80度；
[0171]步驟2.攪拌噴吹熔煉:
[0172](I)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-Cr、Cu-W、Cu_Ti和Cu-Si ;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為63wt%、中間合金為2wt%，余量為純銅；
[0173](2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在1300°C，在高溫爐中加熱熔煉1min，形成銅基恪體；
[0174](3)銅基熔體離心化:采用石墨槳攪拌銅基熔體，攪拌速度為400rpm，使銅基熔體形成離心漩渦流；
[0175](4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相Cr3C2、WC、TiC和SiC，形成復(fù)合有增強相Cr3C2、WC、TiC和SiC的銅基熔體，發(fā)生原位反應(yīng)(1)、(2)、(3)、(4);
[0176]步驟3.偏心均勻彌散:
[0177]調(diào)整攪拌槳位置，攪拌槳的偏心率為0.9，對復(fù)合有增強相03(:2、￥(:、11(:和51(:的銅基熔體進行偏心攪拌，攪拌速度為200rpm，攪拌時間為5min，使增強相Cr3C2、WC、TiC和SiC與未反應(yīng)的鍍銅金剛石充分彌散，形成均勻彌散后的銅基熔體；
[0178]步驟4.速冷凝固:
[0179]停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體進行空冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。
[0180]經(jīng)測試，制得的銅基金剛石熱沉材料熱導(dǎo)率為650w/m.K，比熱容為425J/kg.V，線性熱膨脹系數(shù)為7.4ppm/K。
【主權(quán)項】
1.一種攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1.金剛石表面改性: 將金剛石置于鍍液中，進行化學(xué)鍍銅處理，烘干后制得鍍銅金剛石； 步驟2.攪拌噴吹熔煉: (1)配料:按組成分別稱取鍍銅金剛石、中間合金與純銅，其中，中間合金為Cu-CrXu-W、Cu-Ti或Cu-Si中的一種或幾種合金;按質(zhì)量百分比，鍍銅金剛石為50?90%wt，中間合金為0.5?2% wt，余量為純銅； (2)銅基熔體制備:將純銅與中間合金混合后在1100?13000C，加熱熔煉10?40min，形成銅基熔體； (3)銅基熔體離心化:攪拌銅基熔體，攪拌速度為100?400rpm，使銅基熔體形成離心漩禍流； (4)攪拌噴吹:向銅基熔體離心漩渦流中噴吹鍍銅金剛石，在銅基熔體中原位生成增強相，形成復(fù)合有增強相的銅基熔體； 步驟3.偏心均勻彌散: 調(diào)整攪拌槳位置，對復(fù)合有增強相的銅基熔體進行偏心攪拌，形成均勻彌散后的銅基恪體;其中，攪拌速度為50?200rpm，攪拌時間為5?60min; 步驟4.速冷凝固: 停止攪拌，將均勻彌散后的銅基熔體速冷凝固，制得銅基金剛石熱沉材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述的步驟I中的金剛石預(yù)先經(jīng)過除油-粗化-敏化-活化處理，然后將金剛石置于鍍液中，進行化學(xué)鍍銅處理。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述的步驟I中，化學(xué)鍍銅處理的參數(shù)為:施鍍時間0.8?3h，施鍍溫度40?50 0C，每升鍍液中含W = CuSO4.5出0:10?2(^，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的甲醛溶液:10?2(^，酒石酸鉀鈉:10?188，EDTA:19?20g，Na0H:14?15g，二聯(lián)吡啶:0.01?0.03g，亞鐵氰化鉀:0.01g，鍍液的pH為12.0?12.5。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述的步驟I中的烘干在真空干燥箱中進行，烘干后制得的鍍銅金剛石，界面潤濕角小于80度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述的步驟2 (2)中的熔煉在高溫爐中進行。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述的步驟2(3)中，采用石墨槳攪拌。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述的步驟2(4)中生成的增強相為Cr3C2、WC、TiC或SiC中的一種或幾種。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述的步驟3中的攪拌槳的偏心率為0.2?0.9。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述的步驟4中的速冷凝固的方式為強制水冷或空冷。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌噴吹制備銅基金剛石熱沉材料的方法，其特征在于，所述方法制備的銅基金剛石熱沉材料，其熱導(dǎo)率為550?950W.m—1.K—S線性熱膨脹系數(shù)為.4.5?9.6ppm.K—1，比熱容為412?471J.kg—1.V-K
【文檔編號】C23C18/40GK105838954SQ201610459238
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】豆志河, 張廷安, 呂國志, 蘇建銘, 關(guān)錄奎, 劉燕, 傅大學(xué), 張偉光, 趙秋月
【申請人】東北大學(xué)