金刚石/Cu复合材料的烧结致密化研究

金刚石/Cu复合材料是性能优异的新型高导热低膨胀热管理材料.采用金刚石经表面镀Ti或Cr后再镀Cu, SPS烧结制备金刚石/Cu复合材料.结果表明: 金刚石/Cu复合材料的烧结致密化与金刚石的体积分数、粒度大小、烧结温度及形成的金刚石/金属间的界面相关.金刚石的体积分数对烧结致密化影响最大, 烧结温度影响最小; 随金刚石体积分数和粒度的增加, 金刚石/Cu复合材料的烧结致密化难度增大.     

镀钛金刚石增强玻璃基复合材料的性能

现代电子封装迫切需要开发新型高导热陶瓷（玻璃）基复合材料.本文在对镀钛金刚石进行镀铜和控制氧化的基础上,利用放电等离子烧结方法制备了金刚石增强玻璃基复合材料,并观察了其微观形貌和界面结合情况,测定了复合材料的热导率和热膨胀系数.实验结果表明:复合材料微观组织均匀,Ti/金刚石界面是复合材料中结合最弱的界面,复合材料的热导率随着金刚石粒径和含量的增大而增加,而热膨胀系数随着金刚石含量的增加而降低.当金刚石粒径为100 μm、体积分数为70%时,复合材料热导率最高达到了40.2 W·m-1·K-1,热膨胀系数为3.3×10-6K-1,满足电子封装材料的要求.      

镀层对金刚石/玻璃复合材料性能的影响

为满足现代电子工业日益增长的散热需求,急需研究和开发新型高导热陶瓷（玻璃）基复合材料,而改善复合材料中增强相与基体的界面结合状况是提高复合材料热导率的重要途径.本文在对金刚石和镀Cr金刚石进行镀Cu和控制氧化的基础上,利用放电等离子烧结方法制备了不同的金刚石增强玻璃基复合材料,并观察了其微观形貌和界面结合状况,测定了复合材料的热导率.实验结果表明:复合材料中金刚石颗粒均匀分布于玻璃基体中,Cu/金刚石界面和Cr/Cu界面分别是两种复合材料中结合最弱的界面;复合材料的热导率随着金刚石体积分数的增加而增加;金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而降低,由于镀Cr层实现了与金刚石的化学结合以及Cr在Cu层中的扩散,镀Cr金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而增加.当金刚石粒径为100μm、体积分数为70%及镀Cu层厚度为约1.59μm时,复合材料的热导率最高达到约91.0 W·m-1·K-1.      

Cr镀层对Ag/金刚石复合材料热学性能的影响

采用盐浴镀对金刚石颗粒进行表面镀Cr,通过真空热压制备Ag/金刚石复合材料,主要探讨了金刚石颗粒镀层对复合材料热导率和热膨胀系数的影响。结果表明,金刚石表面的Cr镀层明显改善了金刚石颗粒与Ag基体的界面结合,不仅降低了界面热阻,而且增强了金刚石颗粒对Ag基体膨胀的抑制作用。理论模型分析表明,未镀Cr金刚石复合材料热导率和热膨胀系数的试验值低于和高于理论值,而镀Cr金刚石复合材料热导率的试验值接近于DEM模型预测值,线膨胀系数(CTE)的试验值接近于Kerner模型预测值。     

Co对熔渗法制备金刚石/Cu复合材料性能的影响

采用熔渗法制备金刚石/Cu复合材料,研究了采用15μm和50μm金刚石颗粒进行组合,体积分数为60%时基体中添加Co对复合材料的致密度、导热率、热膨胀系数及抗弯强度的影响。结果表明,随着Cu中Co含量的增加,复合材料达到熔渗致密时的温度也逐渐增加。采用同一合金成分,过高的熔渗温度会造成复合材料致密度的降低;当Cu中Co含量为2%时,复合材料的导热率提高了57%,达到347 W/(m·K),Co含量超过2%后复合材料的导热率开始降低;而Co含量的增加对降低复合材料的热膨胀系数、提高抗弯强度是有利的,这主要归因于铜中加入Co后对金刚石与Cu的界面改善作用。     

金刚石盐浴镀覆温度对Al/金刚石复合材料导热性能的影响研究

采用盐浴镀对金刚石颗粒进行表面镀Ti,并采用放电等离子烧结制备高导热Al/金刚石复合材料,探讨了镀覆温度对金刚石表面镀Ti层结构、成分以及Al/金刚石烧结体导热性能的影响。结果表明,在较低的温度(700℃)镀覆30min即能够使金刚石表面包覆一层较为均匀的镀Ti层,镀层表面光滑平坦。当镀覆温度升高,金刚石不同类型表面呈现不同的镀层形貌。Ti在金刚石(100)面沉积速率要高于(111)面,表明金刚石(100)面比(111)面活性更高。随着金刚石镀Ti温度的提高,Al/金刚石复合材料的热导率逐步下降。相比之下,700℃镀覆温度下所得金刚石表面镀层较薄,而且镀层与金刚石之间结合力较强,SPS烧结过程中金刚石与Al基体能够实现较为紧密的结合,因而复合材料热导率优于其它更高镀覆温度条件下所制备的Al/金刚石复合材料。     

热管理领域用碳纳米管/铝复合材料的组织与热学性能研究

采用金属有机化学气相沉积工艺在碳纳米管(CNTs)表面包覆了W金属层。采用磁力搅拌和放电等离子体烧结工艺制备了镀钨碳纳米管(W-CNTs)与CNTs增强的铝基复合材料。组织观察结果表明钨金属层有效的加强了CNTs与Al基体的界面结合。随着W-CNTs含量增加,W-CNTs/Al复合材料的热导率先增加后降低,且当W-CNTs含量体积分数为1.5%时,复合材料获得最大热导率;W-CNTs/Al复合材料的热导率高于CNTs/Al复合材料。热膨胀系数结果表明随CNTs含量增加,复合材料热膨胀系数降低,且W-CNTs/Al热膨胀系数低于CNTs/Al复合材料。     

金刚石表面改性及基体合金化对金刚石/铜复合材料导热性能的影响

以Pr₆O₁₁为刻蚀剂表面粗糙化处理金刚石颗粒,采用放电等离子烧结技术制备了金刚石/铜（硼）复合材料（金刚石体积分数为60.0%,硼体积分数为0.3%）,通过试验、热流密度模拟和声子谱计算研究了金刚石表面改性及基体硼合金化对金刚石/铜复合材料导热性能的影响。结果表明,粗糙化的金刚石界面增加了接触面积;在基体中添加硼元素,复合材料在烧结后出现B₄C相,B₄C相的形成改善了金刚石–铜两相界面结合状态。金刚石粗糙化与基体合金化两者的共同作用有效减少了界面热阻,优化了热通量传递的效率,提高了复合材料的导热性能。金刚石/铜复合材料热导率从421 W·m?1·K?1提高到了598 W·m?1·K?1,提升了近42%。     

放电等离子烧结法制备高导热金刚石/Al复合材料

以金刚石颗粒和铝粉为原料,通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备高导热金刚石/Al复合材料,在烧结前采用真空微蒸发镀钛工艺对金刚石颗粒进行表面金属化,以降低复合材料的界面热阻.研究SPS工艺参数、铝粉粒度搭配以及复合材料中金刚石含量(体积分数)等对该复合材料致密度及热导率的影响....     

镀钨金属化对超音速激光沉积金刚石/铜复合涂层导热性能影响

针对电子封装材料散热需求，为了获得高导热界面材料，通过盐浴镀方法在金刚石表面镀W，并采用超音速激光沉积(SLD)技术在铜基板表面制备金刚石/铜复合涂层，研究镀W金刚石颗粒的表面形貌及成分，及其对金刚石/铜复合涂层微观结构、界面结合和导热性能的影响。研究结果表明，SLD制备的镀W金刚石/铜复合涂层中颗粒间结合良好，界面无明显缝隙，热导率达306.3 W·m^-1·K^-1。金刚石表面镀W改善了金刚石与铜的表面润湿性，促进了金刚石与铜颗粒之间的界面结合，使涂层具有良好的致密性，表现出优异的导热性能。     

SPS法制备SiC_P/Cu复合材料的研究

为了开发高导热低成本电子封装材料与器件,采用SPS方法制备了SiC/Cu复合材料,研究了SiC的粒径和体积分数对材料致密度和热导率的影响.结果表明:随着SiC体积分数的减少(从70%到50%),材料致密度逐渐提高;随着SiC粒径从40μm变化到14μm,材料的致密度提高.在材料未达到完全致密的情况下,材料的热导率主要受致密度的影响,SiC粒径的减小和体积分数的适宜降低对材料热导率的提高有利.此外,研究了对SiC进行化学镀铜对复合材料的影响.SiC化学镀铜改善了复合材料两相界面的润湿性,与未镀铜SiC相比,使样品相对密度提高了3%,热扩散系数提高了60%,热导率为167 W/(m·K).     

多孔W骨架用特殊粉末的制备

采用多孔W颗粒粉末制备的高孔隙度钨骨架中可填充高体积分数的铜,从而在保证钨铜复合材料具有低膨胀系数的基础上进一步提高其热导率.该文作者在以WO3为原料配制的料浆中加入造孔剂碳酸铵((NH4)2CO3)和表面活性剂聚乙二醇(PEG),采用喷雾干燥一还原法制备多孔W颗粒粉末,并研究(Nag)2CO3、PEG的加入量以及WO3含量对W颗粒形貌的影响.使用pH计测量pH值和旋转粘度计测定料桨粘度,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对粉末的形貌和物相组成进行观察与分析.结果表明:料浆中(NH4)2CO3、PEG和WO3的质量分数分别为10%、4%和40%时,得到的多孔W颗粒孔隙度较高;前驱体为球形的WO3粉末时则可在820℃的氧气气氛中还原90min得到纯W相.     

热压ZrCp/W复合材料的热物理性能

采用热压工艺制备了ZrCp/W系列复合材料，分析测试了温度和ZrC含量对复合材料的热物理性能的影响规律。结果表明：随着温度的升高，复合材料的比定压热容和平均线膨胀系数单调增大，热导率略有增大。随ZrC含量的增加，复合材料的比定压热容和平均线膨胀系数线性增大，基本满足混合定律。热导率对材料的组织结构比较敏感，随ZrC含量的增加而急剧减小。热导率的实测值大大低于理论计算值，这主要是由晶界和孔洞等缺陷对导热粒子的强烈散射作用造成的。     

放电等离子烧结法制备金刚石/Cu复合材料

通过真空镀铬对金刚石颗粒进行表面改性,采用放电等离子烧结法(SPS)制备改性金刚石/Cu复合材料;研究金刚石的体积分数、工艺参数以及金刚石颗粒表面改性对复合材料导热性能的影响。结果表明,烧结温度、混料时间以及金刚石颗粒的体积分数都会影响材料的致密度,金刚石颗粒的体积分数还会影响材料的界面热阻,而致密度和界面热阻是影响该复合材料导热性能的2个重要因素;对金刚石颗粒进行真空镀铬表面改性,可改善颗粒与铜基体的润湿性,降低界面热阻。在一定的工艺条件下,镀铬金刚石体积分数为60%时,改性金刚石/Cu复合材料具有很高的致密度,其热导率达到503.9W/(m.K),与未改性的金刚石/Cu复合材料相比,热导率提高近2倍,适合做为高导热电子封装材料。     

高导热金属基复合材料的制备与研究进展

随着电子器件芯片功率的不断提高,对散热材料的热物理性能提出了更高的要求.将高导热、低膨胀的增强相和高导热的金属进行复合得到的金属基复合材料,能够兼顾高的热导率和可调控的热膨胀系数,是理想的散热材料.本文对以Si、SiCp、金刚石、鳞片石墨为增强相的铜基及铝基复合材料的研究进展进行了总结,并就金属基复合材料目前存在的问题...     

Effects of Cu particle size on CuSnFeNi/diamond composite processed using hybrid microwave sintering

The paper investigates the effects of Cu particle size on diamond composites experimentally. The hybrid microwave sintering process is proposed to obtain the particle size microstructure throughout the rapid heating. The effects of Cu particles on the hardness, flexural strength, and thermal conductivity are experimentally investigated. The experimental results indicate that the Cu particle size has a significant impact on the physical and mechanical properties of the CuSnFeNi/diamond composites. The smaller the Cu particle size, the larger thermal conductivity, the hardness, and flexural strength are obtained. This study provides an effective means to enhance the mechanical properties of the CuSnFeNi/diamond composite by adjusting the Cu particle size.     

WCp／Fe—Ni钢基复合材料的抗热疲劳特性

对ＷＣ颗粒体积分数、颗粒尺寸在复合材料热疲劳过程中的影响进行了研究，并探讨了ＷＣ颗粒复合材料抗热疲劳特性的形成机理。结果表明，ＷＣ颗粒体积分数增加，复合材料抗热疲劳的能力增强，而ＷＣ颗粒使复合材料的传热系数降低是影响热疲劳性能的主要原因。