一种低成本制备低密度高热导率的金刚石/铜复合材料的方法

摘要：本发明提供一种低成本制备低密度高热导率的金刚石/铜复合材料的方法，包括以下步骤：金刚石破碎料的预处理；采用直流磁控溅射法在金刚石表面镀钨，制备包裹单质钨薄膜；在真空管式炉中退火处理，使金刚石表面的钨单质转化为碳化钨；将包裹好碳化钨的金刚石和铜粉按照3：1～4：1的质量比充分混合，压成圆柱；随后采用六面顶压机进行高温高压工艺，得到金刚石/铜复合材料。本发明选用金刚石破碎料作为原料，极大降低了成本；采用高温高压工艺合成金刚石复合材料，致密度高、制备时间短、效率高；制备的样品密度低、热导率高，该方法操作简单，制作成本低，可以大规模批量生产，具有广阔的工业应用前景。

专利类型：

发明专利

申请/专利号：

CN202210450588.5

申请日期：

2022-04-26

公开/公告号：

CN114717441A

公开/公告日：

2022-07-08

主分类号：

C22C1/05(2006.01)

分类号：

C22C1/05(2006.01)C22C26/00(2006.01)C23C14/35(2006.01)C23C14/18(2006.01)C23C14/58(2006.01)B22F3/14(2006.01)C22C1/10(2006.01)C22C1/05C22C26/00C23C14/35C23C14/18C23C14/58B22F3/14C22C1/10

申请/专利权人：

河南黄河旋风股份有限公司许昌学院

发明/设计人：

武玺旺豆文杰郑直单崇新杨珣朱聪旭仝俊峰庞文龙胡军恒赵永亮张重阳

主申请人地址：

461500 河南省许昌市长葛市人民路200号;

专利代理机构：

郑州市华翔专利代理事务所(普通合伙)

代理人：

马鹏鹞

权利要求：

1.一种低成本制备低密度高热导率的金刚石/铜复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)金刚石破碎料的预处理回收工业生产金刚石晶体时产生的残次品，破碎处理后得到粒度为100～120目的金刚石破碎料，备用；将金刚石破碎料在王水中浸泡2.5h～3.5h，去除金刚石表面的金属污染物；之后分别用丙酮、酒精、去离子水超声8min～12min，去除有机污染物；将金刚石干燥后，备用； (2)制备包裹单质钨薄膜采用直流磁控溅射法在金刚石表面镀钨，镀层厚度为80nm～120nm； (3)在金刚石表面形成碳化钨将包裹金属钨的金刚石在真空管式炉中退火处理，退火处理的条件为Ar2氛围中900℃～1000℃退火0.5h～1.5h，使金刚石表面的钨单质转化为碳化钨； (4)制备金刚石/铜复合材料将步骤(3)包裹好碳化钨的金刚石和铜粉按照3：1～4：1的质量比充分混合，均匀混合后压成直径10mm×厚2mm的圆柱；随后采用六面顶压机进行高温高压工艺，其中烧结温度为950℃-1350℃，压强为5Gpa～7Gpa，保温时间为8min～12min，得到金刚石/铜复合材料。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚石破碎料的氮含量(wt％)为0.015％～0.020％，热导率为1500W/(m·K)～2000W/(m·K)。 3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述王水中HCl：HNO3(v/v)＝3：1；所述酒精的体积分数为97％。 4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为80℃，干燥时间为10min。 5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流磁控溅射法的溅射电流为1A，溅射真空度为3×10-3Pa，溅射速率为0.02nm/min～0.08nm/min。 6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜粉的纯度为99.9％；铜粉粒度为120～200目。 7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结温度为1050℃，压强为6Gpa，保温时间为10min。 8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法得到的金刚石/铜复合材料的密度为3.7g/cm3～4.0g/cm3。