高温高压下金刚石/碳化硅体系烧结反应机理研究

本文研究了微米级金刚石与硅粉在高温(800~1 200℃)高压(5.1 GPa)下的反应机理。通过对金刚石与硅粉反应过程的研究,发现微米级金刚石与硅粉在硅熔点以下发生了反应;并指出高温高压下微米金刚石与硅粉的反应分为两个阶段:硅未熔化前的金刚石与硅的反应,硅熔化后的金刚石与硅、石墨与硅的反应。最后提出了一种新的合成金刚石/碳化硅复合材料的工艺,即采用高压熔渗法合成金刚石/碳化硅复合材料时,在温度略高于硅熔点之后保温一段时间,再升温到合成材料的设定温度,可以合成出结构更加均匀的、高质量的金刚石/碳化硅复合材料。     

金刚石/铜复合材料热导率研究

采用高温高压法制备出金刚石/铜复合材料,并对复合材料的显微组织及性能进行了研究.结果表明,采用高温高压法制备的金刚石/铜复合材料,组织致密;复合材料的热导率随金刚石含量的增加而下降,这主要是由于界面热阻对复合材料热导率的影响.     

高温高压下金刚石成核机制的研究

本文以国产六面顶压机作为人造金刚石的合成设备,采用金属粉末触媒技术,进行了金刚石晶体的合成.实验中,通过对生长工艺的调整,考察了金刚石在合成区间内的不同合成习性.实验结果表明:金刚石的合成区间可以根据能否自发成核而分为成核区与生长区.在生长区内,金刚石不能自发成核,但金刚石晶种可以在此区间稳定存在并长大.在生长区内金刚...     

粉末冶金法制备金刚石/铜复合材料热导率研究

为研制更高热导率的产品,采用粉末冶金法将金刚石与高纯度铜粉热压在一起,制备新型金刚石/铜复合材料。通过正交分析法,研究了金刚石/铜复合材料热导率的影响因素。结果表明:用粉末冶金法制备的金刚石/铜复合材料,其热导率最高为245.89 W/（m·K）。对金刚石/铜复合材料热导率影响最大的因素是金刚石与铜粉的体积比,并且随着体积比的增大,金刚石/铜复合材料热导率逐渐下降。金刚石/铜复合材料的致密度以及界面结合程度是影响金刚石/铜复合材料热导率大小的重要因素,致密度高、界面结合好的复合材料热导率高,反之则低。      

铜/金刚石复合材料热导率正交实验研究

采用高温高压法制备了铜/金刚石复合材料.通过正交实验法研究了复合材料中金刚石粒度的不同尺寸和对应的体积比、铜和金刚石的体积比及保压保温时间等各种因素对复合材料热导率的影响.结果表明:铜和金刚石的体积比因素对热导率的影响最大,而金刚石不同粒度的体积比影响最小.获得了基于提高复合材料热导率的最佳制备工艺条件是,配料中金刚石粒度尺寸为75μm和250 μm,金刚石大小粒度的配料体积比为1∶4,铜和金刚石的配料体积比为7∶3和保压保温时间为2h,该工艺条件下制备的复合材料热导率为238.18 W/(m·K).     

金刚石/碳化硅复合材料的近净成形研究

采用金刚石/碳/硅预制坯成形以及真空气相反应渗硅工艺实现了金刚石/碳化硅复合材料的近净成形制备。对复合材料的显微结构以及性能进行了研究,讨论了反应渗透过程中复合材料体积变化的影响因素及影响机理。结果表明:采用真空气相反应渗硅工艺制备的金刚石/碳化硅复合材料主要由金刚石,碳化硅以及少量残留硅组成,复合材料内部各相分布均匀,致密度达到99%以上,抗弯曲强度达到260MPa。由于硅碳原位反应生成碳化硅是一个体积膨胀过程,预制坯体在渗透过程中呈现5%～20%的体积膨胀。原料配方中金刚石含量越高,硅碳比越低,预制坯体开孔率越高,渗透过程中复合材料的体积膨胀率越低。为了避免样品变形,实现金刚石/碳化硅复合材料近净成形的最佳硅碳比为1:1。     

高温高压烧结金刚石-铜复合材料的研究

采用高温高压烧结工艺制备了金刚石体积分数为80%的金刚石-铜复合材料。研究了金刚石颗粒大小、烧结温度、烧结时间等因素对复合材料成分、界面状态和热导率的影响。结果表明:金刚石颗粒直径为80μm时,在高温高压条件下可获得热导率高达639 W.m-1.K-1的金刚石-铜复合材料。当金刚石体积分数一定时,存在一临界粒径,随金刚石颗粒直径增大复合材料热导率先增大后减小。恰当的烧结温度和时间有助于获得黏结良好的界面和高热导率。     

金刚石表面镀W对金刚石/Cu复合材料热导率的影响

采用物理气相沉积技术,在金刚石表面镀上W层,然后采用放电等离子体烧结(SPS)制备金刚石/Cu复合材料,研究了镀膜时间对复合材料的热导性能的影响.结果 表明:随着镀膜时间的增加,金刚石表面W元素覆盖区域逐渐增多,复合材料致密度逐渐增大,热导率先增大后减小.当镀膜时间为30 min时,复合材料致密度达到91.3％,热导率...     

金刚石混杂碳化硅/铝复合材料的组织与热物理性能(英文)

采用理论计算与实验相结合的方法对金刚石混杂SiC/Al复合材料的热物理性能进行研究,采用微分有效介质(DEM)理论和扩展的Turner模型分别计算金刚石混杂SiC/Al复合材料的热导率和热膨胀系数。从金刚石混杂SiC/Al复合材料的微观组织可以看到SiC颗粒与Al之间结合较紧密,金刚石颗粒与Al之间结合不紧密。金刚石混杂SiC/Al复合材料的热物理性能的实验结果与理论计算趋势一致。当金刚石颗粒与SiC颗粒的体积比为3:7时,混杂SiC/Al复合材料的热导率和热膨胀系数分别提高了39%和30%。因此,当在复合材料中加入少量金刚石颗粒时,其热物理性能得到显著提高,而复合材料的成本略有提高。     

镀钨金刚石/铜复合材料的制备及导热性能（英文）

使用热扩散法在金刚石表面镀钨,并采用不同工艺参数制备镀钨金刚石/铜复合材料,观察不同样品的微观形貌,并使用激光闪射法测量样品的热导率,探索制备高热导率金刚石/铜复合材料的最佳工艺参数。研究结果表明,在金刚石表面镀钨可以改善界面结合,当镀覆时间为60 min时,镀层完整、均匀、平整,样品的热导率达到486 W/(m·K)。镀层的完整性和均匀性比镀层厚度更为重要。进一步对镀钨金刚石进行退火处理后,镀层与金刚石之间的冶金结合增强,制备得到的复合材料的热导率提高到559 W/(m·K)。     

Microstructure and thermal conductivity of copper matrix composites reinforced with mixtures of diamond and SiC particles

The thermal conductivity of diamond hybrid SiC/Cu,diamond/Cu and SiC/Cu composite were calculated by using the extended differential effective medium (DEM) theoretical model in this paper.The effects of the particle volume fraction,the particle size and the volume ratio of the diamond particles to the total particles on the thermal conductivity of the composite were studied.The DEM theoretical calculation results show that,for the diamond hybrid SiC/Cu composite,when the particle volume fraction is above 46% and the volume ratio of the diamond particles to the SiC particles is above 13:12,the thermal conductivity of the composite can reach 500 W·m-1·K-1.The thermal conduc-tivity of the composite has little change when the particle size is above 200μm.The experimental results show that Ti can improve the wettability of the SiC and Cu.The thermal conductivity of the diamond hybrid SiCTi/Cu is almost two times better than that of the diamond hybrid SiC/Cu.It is feasible to predict the thermal conductivity of the composite by DEM theoretical model.     

Effect of carbide formers on microstructure and thermal conductivity of diamond-Cu composites for heat sink materials

Diamond-copper composites were prepared by powder metallurgy, in which the diamond particles were pre-coated by magnetic sputtering with copper alloy containing a small amount of carbide forming elements (including B, Cr, Ti, and Si). The influence of the carbide forming element additives on the microstructure and thermal conductivity of diamond composites was investigated. It is found that the composites fabricated with Cu-0.5B coated diamond particles has a relatively higher density and its thermal conductivity approaches 300 W/(m·K). Addition of 0.5%B improves the interfacial bonding and decreases thermal boundary resistance between diamond and Cu, while addition of 1%Cr makes the interfacial layer break away from diamond surface. The actual interfacial thermal conductivity of the composites with Cu-0.5B alloy coated on diamond is much higher than that of the Cu-1Cr layer, which suggests that the intrinsic thermal conductivity of the interfacial layer is an important factor for improving the thermal conductivity of the diamond composites.     

高导热金刚石／铝和金刚石／铜复合散热材料的研究进展

人造金刚石由于其自身高的热导率、低的热膨胀系数和相对低的价格已成为制造新型散热材料的研究热点。本文主要介绍了近年来在金刚石／铝和金刚石／铜复合散热材料的致密度、合成方法、热导率、界面等方面的一些研究进展。添加活碳元素（硼、铬等）和在高压下使金刚石直接成键可能是提高金刚石／金属散热材料热导率的两种有效途径。     

宝石级金刚石合成用反应容器材料稳定性研究

系统地研究了不同反应容器材料在高温高压下的长时间物理化学稳定性。采用1000℃烧结的纯叶蜡石管，叶蜡石氧化镁混合管与石英管做反应容器材料，分别进行了宝石级金刚石的合成研究。结果表明用1000℃烧结纯叶蜡石管和叶蜡石氧化镁混合管做反应容器材料在恒功率加热的合成过程中，加热电压一直存在上升趋势，不适合用作优质宝石级金刚石单晶生长的反应容器材料。高温高压下完全柯石英化的国产石英管稳定性好，强于高温（1000℃）焙烧过纯叶蜡石和叶蜡石和氧化镁混合材料，而且石英管做反应容器材料生长出的宝石级金刚石单品品面完整，显微镜下几乎没有发现包裹体和缺陷，这说明国产石英管适合做宝石级金刚石单晶合成用的反应容器材料。     

表面镀钨层对金刚石/铜复合材料热导率的影响

采用真空微蒸发-扩散镀技术,在金刚石表面镀覆不同厚度的钨层,并结合真空熔渗法制备金刚石铜复合材料。通过X射线衍射分析镀覆层相结构,采用扫描电镜观察镀覆层表面微观形貌和复合材料中金刚石与铜界面结合形貌,分析金刚石表面镀钨层组织、结构及厚度对金刚石/铜复合材料热导率的影响。结果表明:金刚石表面镀覆钨能改善与基体的润湿性;随着镀覆层均匀性和厚度增加,复合材料热导率先增加后减小;完整均匀的镀覆层可以获得较高界面热导。     

金刚石/铜复合材料在电子封装材料领域的研究进展

金刚石/铜复合材料作为新型电子封装材料受到了广泛的关注。综述了金刚石/铜复合材料作为电子封装材料的国内外研究现状,介绍了金刚石/铜复合材料的制备工艺,并从材料科学的原理综述了该复合材料主要性能指标（热导率）的影响因素,同时对金刚石/铜复合材料的界面问题进行了分析,最后对金刚石/铜复合材料的未来应用进行了展望。     

石墨粉中添加含硼化合物合成金刚石的颜色与热稳定性

为了研究不同含硼添加剂对合成金刚石的颜色和耐热性能的影响,以石墨和触媒粉末作原料,分别用碳化硼、硼酸和硼酸氨作添加剂,在高温高压下合成出含硼金刚石。在相同的合成工艺条件下,当反应体系中的含硼量接近时,不同的添加剂合成的金刚石颜色差异较大。添加硼酸和硼酸氨的溶液时,易于合成出黄色透明的金刚石。采用动态空气流条件下的热重和差示扫描量热方法对金刚石进行了热稳定分析,结果表明：用三种添加含硼化合物合成金刚石的初始氧化温度超过：830℃,最高达到990℃;在1200℃时,金刚石的失重在38％～85％之间;氧化反应放热峰在1000℃左右。