一种金刚石-铜复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料领域，具体为一种金刚石-铜复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着人工智能、5g、物联网等新兴技术的发展，对更高性能和更低能耗的半导体产品的需求大量增加，然而高频高功率性能优势因为有源区结热问题而未能充分发挥，传统衬底及封装散热技术难以解决“热”瓶颈难题。

2、金刚石-铜复合材料兼具低密度、高热导率和可调热膨胀系数等优点，成为新一代热管理材料的研究重点，但是金刚石与铜之间的浸润性很差，即使在高温条件下，两者的接触角仍然高达128°，并且金刚石与铜相互也不发生化学反应，一般的烧结制备工艺往往很难使金刚石和铜之间能够直接有效地进行界面结合，而使得制备得到的复合材料致密度很差，此外，金刚石与铜的热膨胀系数存在的巨大差异，热应力会出现在复合材料的两相界面处，从而大幅度地增加金刚石-铜复合材料界面脱粘的风险，严重影响金刚石-铜复合材料的工作稳定性。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种金刚石-铜复合材料及其制备方法。

2、所采用的技术方案如下：

3、一种金刚石-铜复合材料，包括金刚石基体、过渡层以及铜镀层；

4、所述过渡层包括ti3-xzrxsic2；

5、其中，0＜x≤0.5。

6、进一步地，0.1≤x≤0.3。

7、进一步地，x＝0.27。

8、本发明还提供了一种金刚石-铜复合材料的制备方法：

9、采用熔盐法在金刚石基体表面形成含ti3-xzrxsic2的过渡层，再利用化学镀在过渡层上形成铜镀层即可。

10、更进一步地，本发明所提供金刚石-铜复合材料的制备方法，具体如下：

11、先将zr粉、ti粉、si粉混合研磨得到第一混合物料，再将金刚石粉末与第一混合物料混合得到第二混合物料，再将第二混合物料与熔盐介质混合得到第三混合物料，在氩气保护下，将第三混合物料升温至1250-1450℃，保温1-5h后冷却至室温，用水和乙醇洗涤后干燥得到中间体；

12、将中间体加入到镀液中在40-50℃下进行化学镀铜，产物用水洗涤后干燥即可。

13、进一步地，金刚石粉末与第一混合物料的质量比为5-10：1。

14、进一步地，所述第二混合物料与熔盐介质的质量比为1-3：1-3，所述第二混合物料与熔盐介质的质量比优选为1：1。

15、进一步地，所述熔盐介质包括氯化钠和氯化钾，所述氯化钠和氯化钾的质量比为1-5：1-5，所述氯化钠和氯化钾的质量比优选为1：1。

16、进一步地，所述中间体还经过敏化处理，所述敏化处理具体如下：

17、将氯化亚锡和盐酸溶液混合得到敏化液，将中间体加入到敏化液中超声处理10-30min后，滤出，水洗，干燥即可。

18、进一步地，镀液ph为12-13，每1l镀液包括以下成分：

19、硫酸铜7-10g/l、乙醛酸3-5mg/l、乙二胺四乙酸二钠15-25g/l、2,2’-联吡啶0.8-1.2g/l、聚乙二醇1-5mg/l、余量为水。

20、本发明的有益效果：

21、本发明提供了一种金刚石-铜复合材料，通过设置过渡层可以使金刚石基体和铜镀层之间能够直接有效地进行界面结合，从而提高所制备金刚石-铜复合材料的致密度和热导率，并形成热膨胀系数梯度，从而大幅度地减少金刚石-铜复合材料界面脱粘的风险，改善金刚石-铜复合材料的工作稳定性；

22、ti3sic2兼有金属和陶瓷的特性，本申请中对其进行zr掺杂形成ti3-xzrxsic2固溶体，可以通过zr原子带来的强化效应，改善过渡层的硬度、弹性模量及与铜镀层的亲和性，使得过渡层与铜镀层之间可以更紧密的结合，而且形成过渡层后，不需要再经过钯活化，敏化处理后就可以直接进行化学镀铜，提高了生产效率，避免了价格相对较高的氯化钯的使用，降低了生产成本；

23、经过测试，本发明所制备的金刚石-铜复合材料致密度高且导热性能良好，可以作为一种高性能的热管理材料应用于高功率电子元器件中。

技术特征：

1.一种金刚石-铜复合材料，其特征在于，包括金刚石基体、过渡层以及铜镀层；

2.如权利要求1所述的金刚石-铜复合材料，其特征在于，0.1≤x≤0.3。

3.如权利要求1所述的金刚石-铜复合材料，其特征在于，x＝0.27。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的金刚石-铜复合材料的制备方法，其特征在于，采用熔盐法在金刚石基体表面形成含ti3-xzrxsic2的过渡层，再利用化学镀在过渡层上形成铜镀层即可。

5.如权利要求4所述的金刚石-铜复合材料的制备方法，其特征在于，具体如下：

6.如权利要求5所述的金刚石-铜复合材料的制备方法，其特征在于，金刚石粉末与第一混合物料的质量比为5-10：1。

7.如权利要求5所述的金刚石-铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二混合物料与熔盐介质的质量比为1-3：1-3，所述第二混合物料与熔盐介质的质量比优选为1：1。

8.如权利要求5所述的金刚石-铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔盐介质包括氯化钠和氯化钾，所述氯化钠和氯化钾的质量比为1-5：1-5，所述氯化钠和氯化钾的质量比优选为1：1。

9.如权利要求5所述的金刚石-铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述中间体还经过敏化处理，所述敏化处理具体如下：

10.如权利要求5所述的金刚石-铜复合材料的制备方法，其特征在于，镀液ph为12-13，每1l镀液包括以下成分：

技术总结
本发明涉及复合材料领域，具体为一种金刚石‑铜复合材料及其制备方法，包括金刚石基体、过渡层以及铜镀层；所述过渡层包括Ti<subgt;3‑</subgt;<subgt;x</subgt;Zr<subgt;x</subgt;SiC<subgt;2</subgt;；其中，0＜x≤0.5，本发明所制备的金刚石‑铜复合材料致密度高且导热性能良好，可以作为一种高性能的热管理材料应用于高功率电子元器件中。

技术研发人员：黄迪,曹晓君,袁七一
受保护的技术使用者：湖南良诚新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5