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　　申请号：201510660439.1
　　申请人：中南大学
　　发明人：马莉 魏秋平 周科朝 余志明 李志友

　　摘要：一种片状金刚石增强金属基复合材料及制备方法，所述的复合材料是在基体金属中设置有金刚石薄片，金刚石薄片与基体金属为冶金结合；其制备方法，是采用熔铸、熔渗、冷压烧结、热压烧结、等离子烧结中的一种工艺，将基体金属或包含表面改性金刚石颗粒的基体金属与金刚石薄片复合，得到金刚石薄片与基体金属冶金结合的片状金刚石增强金属基复合材料。本发明通过金属基体中分布片状金刚石骨架，并在金属基体中添加一定量的金刚石颗粒，金刚石薄片采用底层金属膜与面层金属膜之间夹装石墨烯层的三明治构成进行表面改性，使该复合材料具有优异的导热性能，该复合材料可用作电子封装和热沉材料等，解决了高温、高频、大功率电子器件的封装问题。

　　主权利要求：1.一种片状金刚石增强金属基复合材料，其特征在于：所述的复合材料是在基体金属中设置有金刚石薄片，金刚石薄片与基体金属为冶金结合。
　　2.根据权利要求1所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料，其特征在于：所述的金刚石薄片在基体金属中相互平行设置，相对位置均匀排布或随机排布。
　　3.根据权利要求2所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料，其特征在于：所述的金刚石薄片选自平板状、波浪板状、卷筒状中的任意一种；所述的金刚石薄片为无孔薄片或多孔网板。
　　4.根据权利要求3所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料，其特征在于：所述的金刚石薄片为自支撑金刚石薄片或包含衬底的衬支撑金刚石薄片；所述衬支撑金刚石薄片的衬底单面或双面覆盖有连续致密的金刚石膜，衬底为金属，金属衬底横断面厚度为0.005～1mm，片状金属衬底材料选自金属钨、钼、铜、钛、银、金中的一种或选自钨合金、钼合金、铜合金、钛合金、银合金、金合金中的一种。
　　5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料，其特征在于：所述金刚石薄片为表面改性金刚石薄片；所述的表面改性金刚石薄片是在金刚石薄片表面设置有复合膜；所述复合膜是在底层金属膜与面层金属膜之间夹装有石墨烯层构成；所述石墨烯膜采用化学气相沉积方法制备，所述底层金属膜或面层金属膜选自Ni膜、Cu膜、NiCu合金膜中的一种，其中：底层金属膜厚度为30～100nm，面层金属膜厚度为3～10μm，石墨烯层厚度为0～10nm。
　　6.根据权利要求5所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料，其特征在于：所述的基体金属为高导热轻质金属材料，具体是指金属铝、铜、银中的一种或铝合金、铜合金、银合金中的一种。
　　7.根据权利要求6所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料，其特征在于：在所述的金属基体中还分布有金刚石颗粒，金刚石颗粒粒度为1～200μm；所述的金刚石颗粒与金属基体为冶金结合；所述金刚石颗粒为表面改性金刚石，所述金刚石颗粒占复合材料总体积的百分含量为0～50％；所述的表面改性金刚石是在金刚石颗粒表面镀覆金属膜层；所述金属膜层为与金刚石润湿性好的金属薄膜，具体选自金属铬、钨、钼、镍、钛中的一种金属薄膜；或所述金属膜层为复合膜，所述复合膜由底层与面层组成，所述底层为与金刚石润湿性好的金属薄膜，具体选自金属铬、钨、钼、镍、钛中的一种金属薄膜；所述面层为金属膜，根据金属基体和底层金属特性，构成面层的金属膜选择单层膜或多层膜；金属膜的材料选自与基体金属和/或底层金属润湿性好的金属钒、钨、铜、钛、钼、镍、钴、铝、银中的至少一种金属的单层膜或多层膜。
　　8.一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：首先将表面改性金刚石薄片排布为相互平行的随机分布或均匀分布的金刚石骨架；然后采用熔铸、熔渗、冷压烧结、热压烧结、等离子烧结中的一种工艺，将基体金属与金刚石骨架复合，得到金刚石薄片与基体金属冶金结合的片状金刚石增强金属基复合材料；或采用熔铸、熔渗、冷压烧结、热压烧结、等离子烧结中的一种工艺，将包含表面改性金刚石颗粒的基体金属与金刚石骨架复合，得到金刚石薄片与基体金属冶金结合的片状金刚石增强金属基复合材料。
　　9.根据权利要求8所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：表面改性金刚石薄片为自支撑金刚石片或包含衬底的衬支撑金刚石片；所述自支撑金刚石片采用化学气相沉积方法在片状金属衬底的一个侧面沉积金刚石，刻蚀衬底后，获得自支撑金刚石片，自支撑金刚石片厚度为0.005～0.5mm；或所述衬支撑金刚石片采用化学气相沉积方法在片状金属衬底的一个侧面或两侧沉积金刚石，获得衬支撑金刚石片，衬支撑金刚石片中金刚石膜层厚度为0.005～0.5mm；所述化学气相沉积方法选自热丝辅助法、微波等离子增强法、火焰燃烧法、直流放电法、直流等离子体喷射法、低压射频法、常压射频法、电子回旋共振法中的一种。
　　10.根据权利要求9所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：所述衬支撑金刚石片，在化学气相沉积金刚石之前，对金属衬底表面进行预处理，预处理工艺是：对于可形成强碳化物的片状金属衬底，将片状金属衬底除油、除垢、电化学抛光后，直接浸泡于微细金刚石粉悬浊液中，进行超声波震荡种植籽晶预处理；可形成强碳化物的片状金属衬底材料选自W、Mo、Ti、Cr、Ta、Si、Nb中的一种；或对于不可形成强碳化物的片状金属衬底，为改善金刚石与芯材的界面结合，将片状金属衬底除油、除垢、电化学抛光后，采用物理气相沉积或者电沉积技术在金属衬底表面制备可形成强碳化物的薄膜，并根据衬底的特性选择单层、多层或合金膜，然后，直接浸泡于微细金刚石粉悬浊液中进行超声波震荡种植籽晶预处理；不可形成强碳化物的金属衬底材料选自Cu、Ag、Au、Ni、Al、Co中的一种。
　　11.根据权利要求8所述的一种片状金刚石增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：表面改性片状金刚石和表面改性金刚石颗粒采用磁控溅射、真空蒸发、电镀、化学镀中的至少一种镀覆方式实现表面改性。