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　　申請號：201510660439.1
　　申請人：中南大學
　　發明人：馬莉 魏秋平 周科朝 余志明 李志友

　　摘要：一種片狀金剛石增強金屬基復合材料及制備方法，所述的復合材料是在基體金屬中設置有金剛石薄片，金剛石薄片與基體金屬為冶金結合；其制備方法，是采用熔鑄、熔滲、冷壓燒結、熱壓燒結、等離子燒結中的一種工藝，將基體金屬或包含表面改性金剛石顆粒的基體金屬與金剛石薄片復合，得到金剛石薄片與基體金屬冶金結合的片狀金剛石增強金屬基復合材料。本發明通過金屬基體中分布片狀金剛石骨架，并在金屬基體中添加一定量的金剛石顆粒，金剛石薄片采用底層金屬膜與面層金屬膜之間夾裝石墨烯層的三明治構成進行表面改性，使該復合材料具有優異的導熱性能，該復合材料可用作電子封裝和熱沉材料等，解決了高溫、高頻、大功率電子器件的封裝問題。

　　主權利要求：1.一種片狀金剛石增強金屬基復合材料，其特征在于：所述的復合材料是在基體金屬中設置有金剛石薄片，金剛石薄片與基體金屬為冶金結合。
　　2.根據權利要求1所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料，其特征在于：所述的金剛石薄片在基體金屬中相互平行設置，相對位置均勻排布或隨機排布。
　　3.根據權利要求2所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料，其特征在于：所述的金剛石薄片選自平板狀、波浪板狀、卷筒狀中的任意一種；所述的金剛石薄片為無孔薄片或多孔網板。
　　4.根據權利要求3所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料，其特征在于：所述的金剛石薄片為自支撐金剛石薄片或包含襯底的襯支撐金剛石薄片；所述襯支撐金剛石薄片的襯底單面或雙面覆蓋有連續致密的金剛石膜，襯底為金屬，金屬襯底橫斷面厚度為0.005～1mm，片狀金屬襯底材料選自金屬鎢、鉬、銅、鈦、銀、金中的一種或選自鎢合金、鉬合金、銅合金、鈦合金、銀合金、金合金中的一種。
　　5.根據權利要求1-4任意一項所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料，其特征在于：所述金剛石薄片為表面改性金剛石薄片；所述的表面改性金剛石薄片是在金剛石薄片表面設置有復合膜；所述復合膜是在底層金屬膜與面層金屬膜之間夾裝有石墨烯層構成；所述石墨烯膜采用化學氣相沉積方法制備，所述底層金屬膜或面層金屬膜選自Ni膜、Cu膜、NiCu合金膜中的一種，其中：底層金屬膜厚度為30～100nm，面層金屬膜厚度為3～10μm，石墨烯層厚度為0～10nm。
　　6.根據權利要求5所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料，其特征在于：所述的基體金屬為高導熱輕質金屬材料，具體是指金屬鋁、銅、銀中的一種或鋁合金、銅合金、銀合金中的一種。
　　7.根據權利要求6所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料，其特征在于：在所述的金屬基體中還分布有金剛石顆粒，金剛石顆粒粒度為1～200μm；所述的金剛石顆粒與金屬基體為冶金結合；所述金剛石顆粒為表面改性金剛石，所述金剛石顆粒占復合材料總體積的百分含量為0～50％；所述的表面改性金剛石是在金剛石顆粒表面鍍覆金屬膜層；所述金屬膜層為與金剛石潤濕性好的金屬薄膜，具體選自金屬鉻、鎢、鉬、鎳、鈦中的一種金屬薄膜；或所述金屬膜層為復合膜，所述復合膜由底層與面層組成，所述底層為與金剛石潤濕性好的金屬薄膜，具體選自金屬鉻、鎢、鉬、鎳、鈦中的一種金屬薄膜；所述面層為金屬膜，根據金屬基體和底層金屬特性，構成面層的金屬膜選擇單層膜或多層膜；金屬膜的材料選自與基體金屬和/或底層金屬潤濕性好的金屬釩、鎢、銅、鈦、鉬、鎳、鈷、鋁、銀中的至少一種金屬的單層膜或多層膜。
　　8.一種片狀金剛石增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：首先將表面改性金剛石薄片排布為相互平行的隨機分布或均勻分布的金剛石骨架；然后采用熔鑄、熔滲、冷壓燒結、熱壓燒結、等離子燒結中的一種工藝，將基體金屬與金剛石骨架復合，得到金剛石薄片與基體金屬冶金結合的片狀金剛石增強金屬基復合材料；或采用熔鑄、熔滲、冷壓燒結、熱壓燒結、等離子燒結中的一種工藝，將包含表面改性金剛石顆粒的基體金屬與金剛石骨架復合，得到金剛石薄片與基體金屬冶金結合的片狀金剛石增強金屬基復合材料。
　　9.根據權利要求8所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：表面改性金剛石薄片為自支撐金剛石片或包含襯底的襯支撐金剛石片；所述自支撐金剛石片采用化學氣相沉積方法在片狀金屬襯底的一個側面沉積金剛石，刻蝕襯底后，獲得自支撐金剛石片，自支撐金剛石片厚度為0.005～0.5mm；或所述襯支撐金剛石片采用化學氣相沉積方法在片狀金屬襯底的一個側面或兩側沉積金剛石，獲得襯支撐金剛石片，襯支撐金剛石片中金剛石膜層厚度為0.005～0.5mm；所述化學氣相沉積方法選自熱絲輔助法、微波等離子增強法、火焰燃燒法、直流放電法、直流等離子體噴射法、低壓射頻法、常壓射頻法、電子回旋共振法中的一種。
　　10.根據權利要求9所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：所述襯支撐金剛石片，在化學氣相沉積金剛石之前，對金屬襯底表面進行預處理，預處理工藝是：對于可形成強碳化物的片狀金屬襯底，將片狀金屬襯底除油、除垢、電化學拋光后，直接浸泡于微細金剛石粉懸濁液中，進行超聲波震蕩種植籽晶預處理；可形成強碳化物的片狀金屬襯底材料選自W、Mo、Ti、Cr、Ta、Si、Nb中的一種；或對于不可形成強碳化物的片狀金屬襯底，為改善金剛石與芯材的界面結合，將片狀金屬襯底除油、除垢、電化學拋光后，采用物理氣相沉積或者電沉積技術在金屬襯底表面制備可形成強碳化物的薄膜，并根據襯底的特性選擇單層、多層或合金膜，然后，直接浸泡于微細金剛石粉懸濁液中進行超聲波震蕩種植籽晶預處理；不可形成強碳化物的金屬襯底材料選自Cu、Ag、Au、Ni、Al、Co中的一種。
　　11.根據權利要求8所述的一種片狀金剛石增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：表面改性片狀金剛石和表面改性金剛石顆粒采用磁控濺射、真空蒸發、電鍍、化學鍍中的至少一種鍍覆方式實現表面改性。