本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料，及其制備工藝。
背景技術(shù)：
LED作為一種優(yōu)良的光電器件，具有體積小、壽命長(zhǎng)、低碳環(huán)保、節(jié)能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)計(jì)在未來(lái)的幾年內(nèi)將成為新一代理想的通用照明光源。隨著LED向高光強(qiáng)、高功率發(fā)展，其散熱問(wèn)題日漸突出，嚴(yán)重影響了LED的光輸出特性和器的壽命，已成為大功率LED封裝必需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
李巧梅在其碩士學(xué)位論文《導(dǎo)熱微粒燒結(jié)和復(fù)合材料取向?qū)Υ蠊β蔐ED散熱的影響》中，以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，分別以SiO2、SiC為導(dǎo)熱微粒，制備了高比例導(dǎo)熱微粒陶瓷片和取向型高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料，用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)導(dǎo)熱顆粒進(jìn)行表面處理，用鋁粉、Y2O3、MgO作為燒結(jié)劑，經(jīng)高壓成型，在高溫爐中660℃燒結(jié)。選取的SiO2和鋁粉導(dǎo)熱微粒，導(dǎo)熱系數(shù)并不高，本發(fā)明選取了AlN導(dǎo)熱系數(shù)很高的導(dǎo)熱微粒，能更好的改善LED的散熱。
本發(fā)明在AlN粉體中添加Y2O3制備具有較高熱導(dǎo)率的AlN陶瓷；以二甲基硅油為基礎(chǔ)油，以Ag微粒作為增強(qiáng)填料制備的導(dǎo)熱硅脂具有較高熱導(dǎo)率，用硬脂酸處理能提高硅脂的導(dǎo)熱性能，制備的導(dǎo)熱硅脂可用于LED散熱；用聚甲基三乙氧基硅烷(PTS)通過(guò)化學(xué)改性的方法，成功制備了有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂；制備了AlN-碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料；利用銅材料的延展性，把銅填充在金剛石顆粒的空隙中，制成的復(fù)合材料熱導(dǎo)率高；得到一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料及其制備工藝，依照該工藝制作的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)高，能更好的改善LED的散熱。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
SiC 10-13，鋁粉5-11，SiO2 5-14，Y2O35-8，硅烷偶聯(lián)劑A1100 0.5-1.5，蒙脫土2-5，固化劑2-3，乳化硅油1-2，環(huán)氧樹(shù)脂828 2-5，AlN 3-7，聚乙烯醇縮丁醛1-2，硬脂酸1-2，Ag微粒2-4，二甲基硅油1-3，石墨烯1-3，聚甲基三乙氧基硅烷(PTS)1-2，二月桂酸二丁基錫1-3，多壁碳納米管3-6，2,4-咪唑1-2，金剛石粉2-4，銅粉1-3，金屬鉻1-2，HF溶液、丙酮、乙醇、蒸餾水適量。
一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：
a. 把硅烷偶聯(lián)劑A1100、乙醇和水按20:70:8-10的體積比混合，攪拌水解10-30min后，加入SiC、鋁粉和SiO2，在60-80℃下攪拌30-50min，超聲分散1-2h，醇洗3-5次，于105-125℃下真空干燥3-5h，待用；
b. 向2-3份的AlN中1:2-4加入Y2O3和乙醇，混合球磨2-4h，加入聚乙烯醇縮丁醛的無(wú)水乙醇溶液，然后置于馬弗爐內(nèi)升溫到450-550℃，保溫1-2h，在氮?dú)鈿夥罩猩郎刂?700-1900℃保溫?zé)Y(jié)2-3h；
c. 將硬脂酸1:3-5與乙醇混合，加熱到60-80℃攪拌均勻，加入Ag微粒和b中所得物料，恒溫?cái)嚢?0-30min后，放入75-95℃烘箱烘干1-2h，然后與二甲基硅油、石墨烯混合，放入膠體攪拌器攪拌1-2h，在140-160℃下焙燒2-4h，再取出攪拌1-2h，待用；
d. 將環(huán)氧樹(shù)脂828、PTS和剩余的AlN混合，升溫至75-95℃攪拌均勻，1:2-5滴加二月桂酸二丁基錫和蒸餾水，在80-95℃反應(yīng)3-5h，然后與多壁碳納米管混合，于60-80℃超聲1-2h，加入2,4-咪唑，繼續(xù)超聲振蕩攪拌1-2h；
e. 把金剛石粉和銅粉混合，用磁控濺射的方法在其表面鍍覆金屬鉻，然后放入模具中，置于等離子體真空高壓燒結(jié)爐中，在10-20min升溫到1000-1100℃、壓強(qiáng)20-40MPa、燒結(jié)10-30min；燒結(jié)后在氬氣氛圍下于150-200MPa、1000-1050℃做熱等靜壓處理，保溫2-4h，得金剛石粉-銅粉復(fù)合材料；
f. 將a、c、d、e中所得物料與蒙脫土混合，在60-80℃下攪拌1-2h，加入固化劑和乳化硅油，攪拌20-40min，放入真空干燥箱中在65-85℃下真空脫泡1-2h，然后倒入模具，放在干燥箱中于60-85℃固化3-5h，75-95℃下老化3-6h，脫模，即得到一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料。
本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理如下：
（1）在AlN粉體中添加Y2O3制備AlN陶瓷，二者的協(xié)同作用有效地促進(jìn)AlN陶瓷的致密燒結(jié)，AlN粉體的高比表面能也促進(jìn)AlN陶瓷的致密化進(jìn)程，能在較低的燒結(jié)溫度下獲得具有較高熱導(dǎo)率的AlN陶瓷。
（2）以二甲基硅油為基礎(chǔ)油，以Ag微粒作為增強(qiáng)填料制備的導(dǎo)熱硅脂具有較高熱導(dǎo)率，用硬脂酸處理能提高硅脂的導(dǎo)熱性能，制備的導(dǎo)熱硅脂可用于LED散熱。
（3）用聚甲基三乙氧基硅烷(PTS)通過(guò)化學(xué)改性的方法，成功制備了有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂，PTS的水解物主要是與環(huán)氧樹(shù)脂中的羥基發(fā)生反應(yīng)，將有機(jī)硅成功引入環(huán)氧樹(shù)脂，化學(xué)改性環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)物具有優(yōu)良的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率、熱穩(wěn)定性。
（4）制備了AlN-碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以環(huán)氧樹(shù)脂作為基體相，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，以填料AlN和多壁碳納米管作為功能相，AlN能改善多壁碳納米管在樹(shù)脂中的分散性，兩者有協(xié)同效應(yīng)，賦予了樹(shù)脂良好的導(dǎo)熱和加工性能，以及優(yōu)異的介電和阻燃性能。
（5）利用銅材料的延展性，把銅填充在金剛石顆粒的空隙中，制成的復(fù)合材料熱導(dǎo)率高，復(fù)合材料的表面粗糙，增大了與空氣的接觸面積，增強(qiáng)對(duì)流熱輻射，有利于用做LED照明的散熱裝置。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例
一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料，由下述重量份(g)的原料制得：
SiC 13，鋁粉5，SiO2 5，Y2O38，硅烷偶聯(lián)劑A1100 1.5，蒙脫土2，固化劑3，乳化硅油1，環(huán)氧樹(shù)脂828 2，AlN 7，聚乙烯醇縮丁醛1，硬脂酸2，Ag微粒4，二甲基硅油3，石墨烯1，聚甲基三乙氧基硅烷(PTS)2，二月桂酸二丁基錫3，多壁碳納米管6，2,4-咪唑1，金剛石粉4，銅粉3，金屬鉻2，HF溶液、丙酮、乙醇、蒸餾水適量。
一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：
a. 把硅烷偶聯(lián)劑A1100、乙醇和水按20:70:8的體積比混合，攪拌水解30min后，加入SiC、鋁粉和SiO2，在60-70℃下攪拌40min，超聲分散1h，醇洗3次，于115-125℃下真空干燥3h，待用；
b. 向2份的AlN中1:2加入Y2O3和乙醇，混合球磨2h，加入聚乙烯醇縮丁醛的無(wú)水乙醇溶液，然后置于馬弗爐內(nèi)升溫到500-530℃，保溫1h，在氮?dú)鈿夥罩猩郎刂?800-1900℃保溫?zé)Y(jié)2h；
c. 將硬脂酸1:3與乙醇混合，加熱到70-80℃攪拌均勻，加入Ag微粒和b中所得物料，恒溫?cái)嚢?0min后，放入85-95℃烘箱烘干1h，然后與二甲基硅油、石墨烯混合，放入膠體攪拌器攪拌1h，在140-150℃下焙燒2h，再取出攪拌1h，待用；
d. 將環(huán)氧樹(shù)脂828、PTS和剩余的AlN混合，升溫至75-85℃攪拌均勻，1:3滴加二月桂酸二丁基錫和蒸餾水，在85-90℃反應(yīng)3h，然后與多壁碳納米管混合，于60-70℃超聲1h，加入2,4-咪唑，繼續(xù)超聲振蕩攪拌1h；
e. 把金剛石粉和銅粉混合，用磁控濺射的方法在其表面鍍覆金屬鉻，然后放入模具中，置于等離子體真空高壓燒結(jié)爐中，在20min內(nèi)升溫到1050-1100℃、壓強(qiáng)20MPa、燒結(jié)30min；燒結(jié)后在氬氣氛圍下于200MPa、1000-1050℃做熱等靜壓處理，保溫2h，得金剛石粉-銅粉復(fù)合材料；
f. 將a、c、d、e中所得物料與蒙脫土混合，在60-70℃下攪拌1h，加入固化劑和乳化硅油，攪拌40min，放入真空干燥箱中在65-75℃下真空脫泡1h，然后倒入模具，放在干燥箱中于75-85℃固化3h，85-95℃下老化3h，脫模，即得到一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料。
上述實(shí)施例制備的一種LED用金剛石粉-銅粉高導(dǎo)熱型復(fù)合材料的性能檢測(cè)結(jié)果如下所示：
導(dǎo)熱系數(shù)為352.95W/m K，熱膨脹系數(shù)為13.45×10-6·K-1(50-150℃)，拉伸強(qiáng)度為68.44MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)13.55%。