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　　申请号：201610162466.0
　　申请人：中南大学
　　发明人：魏秋平 周科朝 马莉 余志明 张龙

　　摘要：本发明提供一种泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料及其制备方法，所述复合材料由泡沫衬底、金刚石强化层、基体材料组成。其中泡沫衬底为泡沫金属或泡沫陶瓷或泡沫碳，基体材料为铜及其合金，金刚石强化层为金刚石或金刚石与石墨烯或/和碳纳米管。本发明制得的复合材料增强相与基体相在三维空间内保持连续分布，使金刚石和基体形成了网络互穿构形，从而可弱化复合界面对材料热学性能的显著影响，既能不降低金属基体在复合材料中的良好塑韧性，又能使增强相成为一个整体，最大限度地发挥增强体的导热效率，使复合材料的热导率、电导率及机械强度相比较传统复合材料有极大提高，是一种很有潜力的新型多功能复合材料。 　　主权利要求：1.泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料，其特征在于，所述复合材料包括增强体、基体材料，所述增强体包括泡沫骨架衬底、金刚石强化层，所述泡沫骨架衬底表面设有金刚石强化层；所述泡沫骨架衬底选自泡沫金属骨架、泡沫陶瓷骨架、泡沫碳骨架中的至少一种，所述基体材料选自铜及铜基合金。
　　2.根据权利要求1所述的泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料，其 特征在于，所述泡沫金属骨架选自泡沫镍、泡沫铜、泡沫钛、泡沫钴、 泡沫钨、泡沫钼、泡沫铬、泡沫铁镍、泡沫铝中的一种；所述泡沫陶 瓷骨架选自泡沫A12O3、泡沫ZrO2、泡沫SiC、泡沫Si3N4、泡沫BN、 泡沫B4C、泡沫AlN、泡沫WC、泡沫Cr7C3中的一种。
　　3.根据权利要求2所述的泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料，其 特征在于，所述泡沫骨架衬底中，泡沫孔径为0.01-10mm，开孔率 40-99.9％，泡沫孔洞均匀分布或随机分布；泡沫骨架为平面结构或三 维立体结构。
　　4.根据权利要求1所述的泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料，其 特征在于，所述金刚石强化层选自金刚石膜、石墨烯包覆金刚石、碳 纳米管包覆金刚石、石墨烯/碳纳米管包覆金刚石中的至少一种。
　　5.根据权利要求4所述的泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料，其 特征在于，金刚石强化层中，石墨烯包覆金刚石是指在金刚石表面原 位生长石墨烯，且石墨烯垂直于金刚石表面形成石墨烯墙； 碳纳米管包覆金刚石是指在金刚石表面催化生长碳纳米管，且碳 纳米管垂直于金刚石表面形成碳纳米管林； 石墨烯/碳纳米管包覆金刚石是指在金刚石表面原位生长石墨烯 膜后再催化生长碳纳米管林，且石墨烯在金刚石表面铺展成膜，碳纳 米管垂直于金刚石和石墨烯表面形成碳纳米管林。
　　6.根据权利要求1-5任意一项所述的泡沫金刚石骨架增强铜基复 合材料，其特征在于，基体材料中还添加有强化颗粒，强化颗粒选自 高导热颗粒、超硬耐磨颗粒、导电颗粒中的至少一种；所述高导热颗 粒选自金刚石粉、石墨烯、碳纳米管、石墨烯包覆金刚石微球、碳纳 米管包覆金刚石微球、碳纳米管包覆石墨烯中的至少一种；超硬耐磨 颗粒选自金刚石粉、SiC、TiC、TiN、AlN、Si3N4、Al2O3、BN、WC、 MoC、Cr7C3中的至少一种；导电颗粒选自石墨、碳纳米管、石墨烯 中的至少一种。
　　7.根据权利要求6所述的泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料，其 特征在于，复合材料中，各组分的体积百分含量为：基体材料体积分 数为20-95％，增强体体积分数为5-80％，强化颗粒体积分数为0-30％， 各组分体积百分之和为100％。
　　8.根据权利要求7所述的泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料，其 特征在于，在基体中，增强体以单体增强或多体阵列增强，所述多体 阵列增强是指增强体以层片状平行分布或以柱状平行分布于基体中。
　　9.一种泡沫金刚石骨架增强铜基复合材料的制备方法，包括下 述步骤： 第一步：增强体的制备 将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表 面原位生长金刚石，得到增强体；沉积参数为： 沉积金刚石膜：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为 0.5-10.0％；生长温度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa； 或 将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表 面原位生长石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、石墨烯/碳纳 米管包覆金刚石，沉积过程中在泡沫骨架衬底上施加等离子辅助生 长，并通过在衬底底部添加磁场把等离子体约束在泡沫骨架近表面， 强化等离子对泡沫骨架表面的轰击，使石墨烯垂直于泡沫骨架表面生 长，形成石墨烯墙，得到增强体；沉积工艺为： 沉积石墨烯墙：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为 0.5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流 密度为0-50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉； 沉积石墨烯包覆金刚石： 首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数 为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；生长温 度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；然后，再在金刚石表面沉积 石墨烯墙，石墨烯垂直于金刚石表面生长，形成石墨烯墙，沉积参数 为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-80％；生长温度 为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流密度为0-50mA/cm2； 沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉； 沉积碳纳米管包覆金刚石： 首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数 为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；生长温 度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；然后，在金刚石表面采用 电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的 一种方法在沉积表面沉积镍、铜、钴的一种或复合催化层；再沉积碳 纳米管，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为 5-50％；生长温度为400-1300℃，生长气压为103-105Pa；等离子电流 密度为0-30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉； 沉积石墨烯/碳纳米管包覆金刚石： 首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数 为：含碳气体质量流量百分比为0.5-10％；生长温度为600-1000℃， 生长气压103-104Pa；然后，在金刚石表面沉积石墨烯膜，沉积参数 为：含碳气体质量流量百分比为0.5-80％；生长温度为400-1200℃， 生长气压为5-105Pa；等离子电流密度为0-50mA/cm2；沉积区域中磁 场强度为100高斯至30特斯拉；最后，在石墨烯表面采用电镀、化 学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法 在衬底表面沉积镍、铜、钴的一种或复合催化层后，沉积碳纳米管林， 沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为5-80％；生长温度为 400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流密度为0-50mA/cm2； 第二步：采用压力熔渗技术将具有金刚石强化层的增强体与铜基 体复合。
　　10.根据权利要求9所述的一种泡沫金刚石骨架增强铜基复合材 料的制备方法，其特征在于：第一步中，泡沫骨架衬底清洗、烘干后， 先采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉 积中的一种方法在衬底表面沉积镍、铜、钨、钼、钛、银、铬中的一 种或复合金属层，然后，置于纳米晶和微米晶金刚石混合颗粒的悬浊 液中，加热至沸腾后，于超声波中震荡、分散均匀，得到网孔中间镶 嵌大量纳米晶和微米晶金刚石颗粒的泡沫骨架衬底；对泡面骨架衬底 采用化学气相沉积在泡沫骨架表面或金刚石颗粒表面原位生长金刚 石膜、石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、石墨烯/碳纳米管 包覆金刚石，得到增强体。
　　11.根据权利要求9或10所述的一种泡沫金刚石骨架增强铜基 复合材料的制备方法，其特征在于：在增强体表面制备一层改性层后 采用压力熔渗技术与铜基体复合；所述改性层选自钨、碳化钨、钼、 碳化钼、铬、碳化铬、钛、碳化钛、镍、铜、铝、铂、钨基合金、钼 基合金、铬基合金、钛基合金、镍基合金、铜基合金、铝基合金、铂 基合金中的至少一种；改性层采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、 化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在增强体表面制备。