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。      

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。     

热等静压制备铜金刚石复合材料

利用包套热等静压(HIP)烧结在温度900℃和压力110 MPa下烧结1 h实现了铜金刚石复合材料的制备,并对复合材料的显微结构和热学性能进行了研究。结果表明:该材料中金刚石分布均匀且未发生石墨化。随着金刚石体积分数的增大,复合材料的致密度、热导率与热膨胀系数下降。制得样品中的最高致密度和热导率分别为98.5%和305W/(m·K)~(-1)。和热压烧结(HP)及放电等离子体烧结(SPS)相比,热等静压制得的铜金刚石复合材料的热导率达到相同水平甚至更高。可见,热等静压在制备铜金刚石复合材料上具有很大潜力。     

金刚石/铝导热复合材料的显微组织与热力学性能

以高温盐浴法对金刚石表面进行镀硅处理来改善金刚石和铝基之间的界面结合,镀硅后的金刚石颗粒表面略显粗糙,表面的镀层均匀;采用真空热压烧结法制备高导热镀硅金刚石/铝复合材料,研究了烧结温度和金刚石体积分数对复合材料相对密度和热导率的影响。随着金刚石体积分数的增加,复合材料的相对密度和热导均呈现先升后降的趋势,当金刚石体积分数为45%时,复合材料的热导率达到最大,为558 W/mK。     

超高压熔渗烧结法制备金刚石/铜复合材料

采用超高压熔渗法制备金刚石/铜复合材料,研究了烧结温度、烧结压力及保温时间等因素对复合材料成分、界面状态和热导率的影响,利用XRD、SEM对金刚石/铜复合材料的相组成和微观形貌进行分析。结果表明:复合材料的相对密度随着烧结温度、烧结压力及金刚石颗粒粒径的增大而增加,且熔渗合金的复合材料的热导率高于熔渗铜的复合材料的热导率。当金刚石粒径为200μm,熔渗烧结温度在1300℃,压力为5 GPa,保温5 min时,得到最高的热导率,为870 W/(m·K)。     

SPS制备金刚石/铜基复合材料的组织和性能

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备了低金刚石含量的金刚石/铜基复合材料,研究了金刚石含量对复合材料的致密度、热导率、抗拉强度和伸长率等的影响。结果表明,随着金刚石含量的增加,金刚石/铜基复合材料的致密度、热导率、力学性能都先增后减。当金刚石含量为1.0%时,复合材料的抗拉强度达到221.35 MPa;在金刚石含量为1.5%时致密度达到最大值;热导率和伸长率都是在金刚石含量为2.0%时达到最大值。金刚石/铜基复合材料的断裂机制主要是韧性断裂以及增强体界面剥离。     

高温高压法制备金刚石/铜复合材料的研究

采用高温高压法制备金刚石/铜复合材料。研究金刚石体积分数、烧结压力、保温时间、烧结温度、金刚石表面金属化对金刚石/铜复合材料热导率及热膨胀系数的影响。实验表明:金刚石体积分数70%,烧结压力2 GPa,烧结时间300 s,烧结温度1200℃时,金刚石/铜复合材料热导率达426 W/（m·K）。      

钛镀层对金刚石/铝导热复合材料的显微组织与热学性能的影响

采用高温盐浴法对金刚石表面进行镀钛处理来改善金刚石和铝基之间的界面结合,镀钛后的金刚石颗粒表面略显粗糙,表面的镀层均匀;采用真空热压烧结法制备高导热金刚石/铝复合材料,研究了金刚石表面镀钛对复合材料显微组织、热膨胀系数和热导率的影响。结果表明:金刚石表面的钛镀层改善了金刚石各晶面与铝基体的结合状态,增加了金刚石和铝之间的界面结合强度;当铝基体在镀钛金刚石颗粒形成的骨架结构中膨胀时,可以被骨架很好的约束,从而降低了复合材料的热膨胀系数;金刚石表面钛镀层减少了复合材料的孔洞,增加了致密度,从而提高了复合材料的热导率。     

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)。     

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).     

金刚石化学镀铜包覆及其对铜/金刚石复合材料性能的影响

采用化学镀铜法对金刚石进行表面包覆,得到了不同铜和金刚石质量比的复合粉末,再通过进行放电等离子烧结(SPS),最终得到高金刚石体积百分含量(70vol％)的铜/金刚石复合材料.结果表明:化学镀铜包覆能明显改善所得烧结体中金刚石的分布情况;该复合材料的致密度有所提高,当金刚石体积分数达到70％时,其致密度在97.5％左右,并最终使其热导率上升,最高热导率为404 W/m·K.     

高导热金刚石/铝复合材料的真空热压制备

以纯铝粉末和金刚石为基体材料,采用真空热压固相烧结方式制备出热导率为677 W/(m·K)的高导热金刚石/铝复合材料.利用激光导热仪、热膨胀仪对金刚石/铝复合材料性能进行表征,并通过对制备温度、保温时间及金刚石基本颗粒尺寸的调控来优化制备工艺.研究发现:随制备温度升高,金刚石/铝复合材料的密度及致密度均有所提高,其热导...     

并联导热结构的金刚石/铜基复合材料的制备

为提高金刚石/铜基复合材料的导热性能,在芯材表面预先化学气相沉积(CVD)高质量金刚石膜,获得柱状金刚石棒,再将其垂直排列,填充铜粉后真空热压烧结,制备并联结构的金刚石/铜基复合材料。分别采用激光拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)对CVD金刚石膜的生长进行分析,并通过数值分析讨论复合材料的热性能。结果表明:金刚石/铜基复合材料结构致密,密度为9.51g/cm3;CVD金刚石膜构成连续的导热通道,产生并联式导热,复合材料的热导率为392.78 W/(m·K)。     

放电等离子烧结法制备Cu/金刚石复合材料的性能与显微组织

由于具备较高的热导率,铜/金刚石复合材料已成为应用于电子封装领域的新一代热管理材料。采用放电等离子烧结工艺（SPS）成功制备含不同金刚石体积分数的Cu/金刚石复合材料,研究复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率（TC）随金刚石体积分数（50%、60%和70%）和烧结温度的变化规律。结果表明：随着金刚石体积分数的降低,复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率均升高;随着烧结温度的提高,复合材料的相对密度和热导率不断提高。复合材料的热导率受到金刚石体积分数、微观结构均匀性和复合材料相对密度的综合影响。     

真空气相反应烧结法制备金刚石-碳化硅复合材料

金刚石-碳化硅复合材料具有热导率高、热膨胀系数匹配、轻质、高硬度、物理化学稳定性好等特点,是理想的电子封装材料,因而近年来受到广泛关注。真空气相反应渗透工艺是在真空条件下将蒸气通入预制的多孔基体中发生化学反应,从而获得致密化的复合材料,该工艺具有周期短、效率高、成本低、对设备要求低、近净成形等特点。以酚醛树脂为粘结剂,Si作为渗料,采用真空气相反应渗透工艺制备了金刚石-碳化硅复合材料。讨论了金刚石含量,压制压力和基体孔隙率的关系。通过XRD、SEM等手段分析了材料的物相组成、显微结构以及渗透过程。实验结果表明,材料由金刚石,碳化硅,少量残留硅三相组成,碳化硅在金刚石表面附着,结合比较紧密,材料具有很高的致密度和导热性能。压制压力和孔隙率之间呈现负相关,金刚石含量和孔隙率之间呈现正相关。混合粒径金刚石制备的复合材料中金刚石的含量明显提高,材料的热导率最高达到了620W/(m·K)。     

W对金刚石/铜复合材料组织及性能影响

采用金刚石与W粉混合制备预制坯,然后通过无压浸渗制备金刚石/铜复合材料。采用SEM、XRD、激光热导仪等手段,分析了不同的掺杂量对金刚石/铜复合材料的组织、界面结构及热导率的影响。结果表明,随着W的加入,金刚石与铜的界面结合良好,复合材料的组织更加致密,W元素在界面处富集生成WC、W2C等碳化物。随着掺杂量的增加,复合材料的热导率先升高后下降,最高达到450 W·m~(-1)·K~(-1)。     

颗粒镀层对银/金刚石复合材料导热性能的影响

作为新一代热管理材料,金刚石-银基复合材料(Ag/diamond)有望满足高端军用或航空航天电子设备的应用。采用盐浴镀对金刚石颗粒进行表面镀TiC,通过真空热压烧结制备复合材料,主要探讨金刚石颗粒镀层对复合材料导热性能的影响。实验结果表明:金刚石经过镀TiC处理后,TiC镀层明显改善了颗粒-基体的界面结合,所得复合材料的热导率远远高于未镀层复合材料的热导率。通过理论模型分析表明:TiC镀层后Ag/diamond复合材料的界面热阻降低至5×10-7(m2·K)/W,大大提高了界面的热传导性能。     

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。      

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.     

高导热金刚石/铜复合材料的导热研究进展

金刚石/铜复合材料具有密度低、热导率高及热膨胀系数可调等优点,且与新一代芯片具有良好的热匹配性能,因此其在高热流密度电子封装领域具有非常广泛的应用前景。然而由于金刚石与铜界面润湿性差,界面热阻高,导致材料热导率比铜还低,限制了其应用。为了改善其界面润湿性,国内外通过在金刚石表面金属化或对铜基体预合金化等手段来修饰复合材料界面,以提高金刚石/铜复合材料的热导率。本文综述了表面改性、导热模型相关的界面理论以及有限元模拟的研究进展,讨论了制备工艺、导热模型和未来发展的关键方向,总结了金刚石添加量、颗粒尺寸等制备参数对其微观组织结构和导热性能的影响规律。