金剛石/鋁復(fù)合材料的制備

    金屬基復(fù)合材料由于結(jié)構(gòu)特殊，因此在傳熱性能方面具有極大的優(yōu)勢。其中，金剛石／鋁復(fù)合材料由于具有低密度、高導(dǎo)熱和熱膨脹系數(shù)可調(diào)等優(yōu)勢而成為熱管理領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展方向，例如作為導(dǎo)熱性能優(yōu)異的熱管理材料，可以協(xié)調(diào)逐漸增大的功率密度與周圍環(huán)境的溫差，實現(xiàn)高效散熱并降低與芯片材料熱膨脹系數(shù)不匹配的目的，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

 

    金剛石／鋁復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣很大程度上依賴于制備工藝，因此，復(fù)合工藝方法在材料研究中顯得尤為重要。金屬基復(fù)合材料的制備方法多種多樣，隨著工藝技術(shù)和裝備的進步，逐漸衍生出更多的新方法、新工藝。目前，金剛石／鋁復(fù)合材料主流的制備方法主要包括無壓浸滲、真空氣壓浸滲和擠壓鑄造、放電等離子燒結(jié)、真空熱壓燒結(jié)等。

 

1、無壓浸滲

 

    無壓浸滲制備工藝是1989年美國lanxide公司在直接金屬氧化法工藝的基礎(chǔ)上提出來的，其主要流程為首先通過膠黏劑或預(yù)先燒結(jié)成型將增強體粉末制成預(yù)制體，再將基體金屬放置于增強體的上部或者下部，在氣氛保護下加熱使得金屬熔化自發(fā)滲入預(yù)制體的間隙中，最后冷卻凝固成型。無壓浸滲法可實現(xiàn)低成本制備平面尺寸大、復(fù)雜表面形狀的復(fù)合材料，適合于批量生產(chǎn)，然而限制該工藝性能的關(guān)鍵是致密度問題，因此，無壓浸滲制備的復(fù)合材料性能對制備工藝參數(shù)十分敏感；同時，較高的制備溫度也給金剛石和鋁基體界面反應(yīng)的控制帶來了難度。

 

2、真空氣壓浸滲

 

    真空氣壓浸滲是將預(yù)制塊放在模具中，利用真空排除預(yù)制體中的氣體，然后將惰性氣體按一定壓力注入熔煉爐，將液態(tài)金屬擠入模腔中，浸滲預(yù)制體的孔隙中，從而獲得復(fù)合材料坯料。該工藝對增強相的種類、形態(tài)和合金種類沒有限制，通過模具設(shè)計可實現(xiàn)材料的凈成形，同時克服了無壓浸滲的不充分和致密度問題，鑄造缺陷少。

 

3、擠壓鑄造

 

    擠壓鑄造是利用外界的壓力將液態(tài)或半液態(tài)金屬基體浸滲到含有增強相的預(yù)制體中，凝固成型獲得復(fù)合材料的方法。該工藝對于增強相的形狀、種類和基體合金的成分等也幾乎沒有限制，可以在較寬的范圍內(nèi)進行組分設(shè)計。由于復(fù)合材料是在高壓下凝固成型，降低了對合金浸潤性的要求，鑄造組織缺陷也較少。

 

4、放電等離子燒結(jié)

 

    放電等離子燒結(jié)又稱”等離子活化燒結(jié)”，該技術(shù)最早起源于20世紀(jì)30年代美國引入的“脈沖燒結(jié)技術(shù)”；后來日本在此基礎(chǔ)上研制了更為先進的電火花燒結(jié)，并獲得了相應(yīng)的專利，但由于該技術(shù)較低的生產(chǎn)效率而未能得到推廣應(yīng)用；直到1988年，日本首先研制出了第一臺最大燒結(jié)壓力可達5噸的SPS設(shè)備，在新材料研究領(lǐng)域得以推廣。該工藝流程是直流脈沖電流通過預(yù)先裝入模具內(nèi)的金屬和陶瓷顆粒，使各個顆粒瞬間產(chǎn)生焦耳熱而進行燒結(jié)的，具有加熱均勻，升溫速率高，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時間短，生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢。SPS工藝制備的金剛石／鋁復(fù)合材料的致密度、組織缺陷（如顆粒損傷、雜質(zhì)）和界面結(jié)合狀態(tài)是影響其導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵因素。

 

上海皓越研發(fā)生產(chǎn)的SPS設(shè)備

 

5、真空熱壓燒結(jié)

 

    真空熱壓燒結(jié)作為傳統(tǒng)的粉末冶金法制備金屬基復(fù)合材料，其制備流程主要包括將金屬粉末和陶瓷顆粒等進行篩分、混合、冷壓固結(jié)、除氣、熱壓燒結(jié)，然后壓制得到鋁基復(fù)合材料。真空熱壓燒結(jié)技術(shù)獲得的復(fù)合材料呈現(xiàn)微米尺度的擴散連接界面，有利于熱導(dǎo)率的提高。

 

上海皓越研發(fā)生產(chǎn)的真空熱壓爐

 

    皓越科技是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售電爐為一體的高新技術(shù)企業(yè)。公司一直專注于半導(dǎo)體材料、碳材料、先進陶瓷與復(fù)合材料和鋰電材料四大領(lǐng)域，擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗和專業(yè)技術(shù)，竭誠服務(wù)于客戶，提供完善的一體化產(chǎn)業(yè)解決方案。