專利名稱：一種制備高導(dǎo)熱性鋁-金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種粉末冶金工藝，尤其涉及一種制備高導(dǎo)熱性鋁-金剛石雙相連
續(xù)復(fù)合材料的方法，屬于新型導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活中使用了大量的電子產(chǎn)品及機(jī)械設(shè)備，大大提高了生產(chǎn) 效率及人民的生活水平。但各種設(shè)備的導(dǎo)熱、散熱功能的不足之處也隨之暴露出來(lái)，造成了 能源的浪費(fèi)以及設(shè)備使用率較低。為了更好的提高能源的利用率及設(shè)備的使用率，解決增 強(qiáng)、減緩傳熱的問題，各種導(dǎo)熱系數(shù)大的材料的研究與制備顯得尤為重要。目前國(guó)外在這個(gè) 領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了一定的成就，但在國(guó)內(nèi)仍然有很大的發(fā)展空間。在此背景下，本課題 組對(duì)可能成為高導(dǎo)熱材料——鋁_金剛石雙相連續(xù)復(fù)合導(dǎo)熱材料的設(shè)計(jì)思路、制備及其性 能進(jìn)行探討與初步研究。 工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活中使用了大量的電子產(chǎn)品和機(jī)械設(shè)備，但各種設(shè)備的導(dǎo)
熱、散熱功能不足，長(zhǎng)期工作于較高溫度，不僅設(shè)備的使用率低，而且造成了能源的浪費(fèi)。近 年來(lái)，一些國(guó)家和地區(qū)開始著手各種高導(dǎo)熱性材料的研究和制備，目前國(guó)外在這個(gè)領(lǐng)域的
研究已經(jīng)取得了一定的成就，但在國(guó)內(nèi)仍然有很大的發(fā)展空間。 粉末冶金方法適用于絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料的制造；而 且此方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約 金屬，降低產(chǎn)品成本；由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過(guò)程中并不熔化材料，也就不怕混入由 坩堝和脫氧劑等帶來(lái)的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行，不怕氧化，也不會(huì)給材 料任何污染，故有可能制取高純度的材料。本方法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。 這些都是保證本實(shí)驗(yàn)成功的必要條件。粉末冶金的燒結(jié)工藝有反應(yīng)燒結(jié)，放電等離子燒結(jié) 等，其中放電等離子燒結(jié)是一種快速燒結(jié)新工藝。將瞬間、斷續(xù)、高能脈沖電流通入裝有粉 末的模具上，在粉末顆粒間即可產(chǎn)生等離子放電，導(dǎo)致粉末的凈化、活化、均化等效應(yīng)。該燒 結(jié)方法具有以下特點(diǎn)(l)燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間短，可獲得細(xì)小、均勻的組織，并能保持原 始材料的自然狀態(tài)；(2)能獲得高致密度材料；(3)通過(guò)控制燒結(jié)組分與工藝，能燒結(jié)類似 于梯度材料及大型工件等復(fù)雜材料。(見羅錫裕.放電等離子燒結(jié)材料的最新進(jìn)展.粉 末冶金工業(yè).2001,11(6) :7.) 金剛石的導(dǎo)熱性能良好，其導(dǎo)熱系數(shù)在自然界中最高。但其成本太高。本發(fā)明使 用鋁和金剛石的復(fù)合材料制備導(dǎo)熱材料，降低了成本，相比較純鋁而言，導(dǎo)電性能又有所提高。 該鋁-金剛石復(fù)合材料廣泛只用于各種電子產(chǎn)品和設(shè)備，提高其導(dǎo)熱性能，可以 節(jié)能、節(jié)耗，提高設(shè)備利用率，創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。 節(jié)能減少了各種儀器和設(shè)備由于導(dǎo)熱性能差帶來(lái)的能量浪費(fèi)，及時(shí)散熱，提高設(shè) 備的使用率。由于所制備的鋁_金剛石復(fù)合導(dǎo)熱材料在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的 應(yīng)用前景，可以較大程度的實(shí)現(xiàn)能源的充分利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是提供了一種制備高導(dǎo)熱性鋁-金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法，是 以不同配比的鋁和金剛石為原料，采用等靜壓和放電等離子燒結(jié)等方法，使金剛石顆粒在 導(dǎo)熱方向上連續(xù)接觸，制備具有高導(dǎo)熱性的鋁-金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料。制備出的復(fù)合 材料雙相連續(xù)，導(dǎo)熱系數(shù)高。 本發(fā)明的一種制備高導(dǎo)熱性鋁-金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法，包括以下步 驟 (1)以鋁箔和金剛石顆粒為原料，在鋁箔上均勻涂灑金剛石顆粒，將金剛石顆粒與 鋁箔規(guī)則排布，形成具有鋁與金剛石的層狀組織結(jié)構(gòu)的坯體，在導(dǎo)熱方向上使金剛石顆粒 連續(xù)接觸； (2)對(duì)上述制得的坯體采用冷等靜壓、軟膜壓制、剛模壓制，軋制或擠壓的方式進(jìn) 行致密化處理； (3)對(duì)致密化處理后的坯體，進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)、保護(hù)氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、熱 壓或熱等靜壓處理。 所述規(guī)則排布是以鋁箔和金剛石顆粒為原料，在鋁箔上均勻涂灑金剛石顆粒，將
其巻成圓柱狀，形成鋁與金剛石的層狀組織結(jié)構(gòu)，金剛石顆粒在軸向連續(xù)接觸。 所述規(guī)則排布是以鋁箔和金剛石顆粒為原料，在鋁箔上均勻涂灑金剛石顆粒，將
涂灑金剛石得鋁箔剪裁成一定的形狀，進(jìn)行疊層，形成鋁與金剛石的層狀組織結(jié)構(gòu)，金剛石
顆粒在徑向或橫向連續(xù)接觸。所述冷等靜壓處理的壓力為100 200MPa。 所述對(duì)致密化處理后的坯體進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)，燒結(jié)工藝為燒結(jié)溫度 500 60(TC，壓力25 35MPa，保溫時(shí)間4 6min。 所述對(duì)致密化處理后的坯體進(jìn)行熱壓溫度560 660°C，壓力30 40MPa，保溫 時(shí)間5 10min。 本發(fā)明的有益效果在于能夠制備出致密度較高，組織均勻，物相穩(wěn)定，導(dǎo)熱性高 的復(fù)合材料。金剛石連續(xù)接觸方向上導(dǎo)熱系數(shù)是其他方向上的3倍。本發(fā)明率先使用鋁和 金剛石制備雙相連續(xù)的復(fù)合材料，降低了成本并提高了導(dǎo)熱材料的性能。不僅對(duì)導(dǎo)熱材料 制備具有創(chuàng)新性意義，而且對(duì)于復(fù)合材料領(lǐng)域的理論與實(shí)踐也具有推動(dòng)作用。
該鋁-金剛石雙向連續(xù)復(fù)合材料可廣泛用于生活和生產(chǎn)用電子儀器和設(shè)備，能提 高其導(dǎo)熱散熱功能，提高設(shè)備使用率，可以節(jié)能、節(jié)耗，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 選取鋁箔，金剛石顆粒為原料，將金剛石顆粒均勻涂灑在鋁箔上，將其巻成圓柱 狀，形成鋁與金剛石的層狀組織結(jié)構(gòu)。對(duì)制成的坯體進(jìn)行冷等靜壓，壓力為120MPa;對(duì)經(jīng)過(guò) 冷等靜壓處理后的坯體進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)，燒結(jié)工藝為燒結(jié)溫度55(TC，壓力30MPa， 保溫時(shí)間5min，最后進(jìn)行表面處理。 由上述工藝制備的鋁-金剛石復(fù)合材料致密度高，金剛石顆粒在軸向連續(xù)接觸，
4組織均勻，物相穩(wěn)定，金剛石顆粒連續(xù)接觸的方向上導(dǎo)熱性能優(yōu)良，該方向上的導(dǎo)熱系數(shù)是 與其垂直方向上導(dǎo)熱系數(shù)的3倍以上。且高于純鋁材料。與其他方法相比，其成本低廉。
實(shí)施例2 選取鋁箔，金剛石顆粒為原料，將金剛石顆粒均勻涂灑在鋁箔上，將涂灑金剛石得 鋁箔剪裁成圓片，進(jìn)行疊層，形成鋁與金剛石的層狀組織結(jié)構(gòu)。對(duì)制成的圓柱狀坯體進(jìn)行 剛模壓制處理。對(duì)經(jīng)過(guò)剛模壓制處理的坯體進(jìn)行進(jìn)行熱壓，工藝參數(shù)為溫度63(TC，壓力 35MPa，保溫時(shí)間7min，最后進(jìn)行表面處理。 經(jīng)上述工藝制備的鋁_金剛石復(fù)合材料致密度高(相對(duì)密度100% )，金剛石顆粒 在橫向向連續(xù)接觸，組織均勻，物相穩(wěn)定，金剛石顆粒連續(xù)接觸的方向上導(dǎo)熱性能優(yōu)良，該 方向上的導(dǎo)熱系數(shù)是與其垂直方向上導(dǎo)熱系數(shù)的2.8倍以上。且高于純鋁材料。與其他方 法相比，其成本低廉。
實(shí)施例3 選取鋁箔，金剛石顆粒為原料，將金剛石顆粒均勻涂灑在鋁箔上，將其巻成圓柱 狀，形成鋁與金剛石的層狀組織結(jié)構(gòu)。對(duì)制成的坯體進(jìn)行冷等靜壓，壓力為200MPa ;對(duì)經(jīng)過(guò) 冷等靜壓處理后的坯體進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)，燒結(jié)工藝為燒結(jié)溫度60(TC，壓力35MPa， 保溫時(shí)間4分鐘，最后進(jìn)行表面處理。 由上述工藝制備的鋁-金剛石復(fù)合材料致密度高，金剛石顆粒在軸向連續(xù)接觸， 組織均勻，物相穩(wěn)定，金剛石顆粒連續(xù)接觸的方向上導(dǎo)熱性能優(yōu)良，該方向上的導(dǎo)熱系數(shù)是 與其垂直方向上導(dǎo)熱系數(shù)的3倍以上。且高于純鋁材料。與其他方法相比，其成本低廉。
權(quán)利要求
一種制備高導(dǎo)熱性鋁-金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)以鋁箔和金剛石顆粒為原料，在鋁箔上均勻涂灑金剛石顆粒，將金剛石顆粒與鋁箔規(guī)則排布，形成具有鋁與金剛石的層狀組織結(jié)構(gòu)的坯體，在導(dǎo)熱方向上使金剛石顆粒連續(xù)接觸；(2)對(duì)上述制得的坯體采用冷等靜壓、軟膜壓制、剛模壓制，軋制或擠壓的方式進(jìn)行致密化處理；(3)對(duì)致密化處理后的坯體，進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)、保護(hù)氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、熱壓或熱等靜壓處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高導(dǎo)熱性鋁_金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法，其特征 在于，所述步驟(1)中的規(guī)則排布是將涂灑金剛石顆粒的鋁箔巻成圓柱狀，使金剛石顆粒 在軸向上連續(xù)接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高導(dǎo)熱性鋁_金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法，其特征 在于，所述步驟(1)中的規(guī)則排布是將涂灑金剛石顆粒的鋁箔進(jìn)行剪裁疊層，形成鋁與金 剛石的層狀組織結(jié)構(gòu)，金剛石顆粒在徑向或橫向連續(xù)接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的制備高導(dǎo)熱性鋁_金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料 的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，冷等靜壓的壓力為100 200MPa ;所述步驟(3)中，放電等離子體燒結(jié)的工藝為燒結(jié)溫度500 60(TC，壓力25 35MPa，保溫時(shí)間4 6min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的制備高導(dǎo)熱性鋁_金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料 的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，熱壓工藝為溫度560 66(TC，壓力30 40MPa，保 溫時(shí)間5 10min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高導(dǎo)熱性鋁_金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法，其特征 在于所述步驟(2)中，采用冷等靜壓的壓力為120MPa;所述步驟(3)中，采用放電等離子體燒結(jié)的工藝為燒結(jié)溫度55(TC，壓力30MPa，保溫 時(shí)間5min ;制得的高導(dǎo)熱性鋁_金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料，其金剛石顆粒連續(xù)接觸的方向 上的導(dǎo)熱系數(shù)是與其垂直方向上導(dǎo)熱系數(shù)的3倍以上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備高導(dǎo)熱性鋁_金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法，其特征 在于所述步驟(1)中，將涂灑金剛石顆粒的鋁箔剪裁成圓片，進(jìn)行疊層； 所述步驟(2)中，對(duì)制成的圓柱狀坯體進(jìn)行剛模壓制處理；所述步驟(3)中，采用熱壓；溫度63(TC，壓力35MPa，保溫時(shí)間7min ;制得的高導(dǎo)熱性 鋁-金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料，其金剛石顆粒連續(xù)接觸的方向上的導(dǎo)熱系數(shù)是與其垂直方 向上導(dǎo)熱系數(shù)的2.8倍以上。
全文摘要
本發(fā)明的一種制備高導(dǎo)熱性鋁-金剛石雙相連續(xù)復(fù)合材料的方法是將金剛石顆粒與鋁規(guī)則排布，使在導(dǎo)熱方向上金剛石顆粒連續(xù)接觸；對(duì)排布好的坯體進(jìn)行致密化處理；對(duì)致密化處理后的坯體進(jìn)行燒結(jié)。所述致密化處理包括冷等靜壓、軟膜壓制、剛模壓制，軋制、擠壓。所述燒結(jié)包括保護(hù)氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、熱壓、熱等靜壓、放電等離子體燒結(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠制備出致密度較高，組織均勻，物相穩(wěn)定，導(dǎo)熱性高的復(fù)合材料。金剛石連續(xù)接觸方向上導(dǎo)熱系數(shù)是其他方向上的3倍。本發(fā)明率先使用鋁和金剛石制備雙相連續(xù)的復(fù)合材料，降低了成本并提高了導(dǎo)熱材料的性能。不僅對(duì)導(dǎo)熱材料制備具有創(chuàng)新性意義，而且對(duì)于復(fù)合材料領(lǐng)域的理論與實(shí)踐也具有推動(dòng)作用。
文檔編號(hào)C22C1/05GK101787457SQ20101003413
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者孫久姍, 孫璐, 賈成廠, 郭靜 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)