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。     

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。     

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).     

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。      

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。     

镀层厚度对镀钛金刚石/铝复合材料热导率的影响

通过在金刚石表面镀钛来改善金刚石和铝基体之间的弱界面结合,并用气压浸渗法制备体积分数为60%的镀钛金刚石/铝复合材料。研究镀钛后金刚石颗粒的物相组成、不同镀层厚度和不同颗粒尺寸下复合材料的热导率;用H-J和DEM模型预测复合材料的热导率,并将预测结果与实验值进行对比。结果表明,镀钛后金刚石颗粒的物相由金刚石、碳化钛和钛三相组成;随着镀层厚度的增加,界面传热系数减小,复合材料的热导率减小;颗粒的尺寸越小,这种变化趋势越明显;相对于H-J模型,DEM模型更能准确地预测镀钛金刚石增强的复合材料的热导率;通过计算得出镀钛金刚石/铝复合材料的临界镀层厚度为1.5μm,当超过此临界镀层厚度时,镀层反而不利于复合材料热导率的提高。     

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。     

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）。      

盐浴镀覆温度对diamond-Cr/Cu复合材料组织性能的影响

采用盐浴镀法在金刚石表面镀覆Cr层,通过调节镀覆温度(750℃~900℃)对镀层厚度实现可控制备。用模压法制备出不同Cr层厚度的金刚石预制坯,通过无压熔渗制备出Diamond-Cr/Cu复合材料。采用SEM、EDS、XRD、激光热导仪等检测和分析不同镀覆温度对Diamond-Cr/Cu复合材料的组织、界面结构、致密度及热导率的影响。研究结果表明:制备出的复合材料随盐浴镀覆温度的提升,界面处的裂纹、孔洞等缺陷不断减少,组织更加致密。复合材料的致密度由93.8%提升到96.0%,界面处EDS扫描显示Cr元素在近金刚石端界面处富集并生成Cr_3C_2及少量的Cr_7C_3。复合材料的热导率呈现先升高后下降的趋势,当镀覆温度为800℃时,复合材料热导率最高可达455 W/(m·K)。     

AlN覆钨对AlN/W-Cu复合材料组织和性能的影响

采用溶胶凝胶法对AlN粉体进行表面覆W后，将其与适量W粉混合，经压制、预烧结，制得多孔AlN/W骨架，再熔渗Cu后制备出不同AlN含量(0～8%)的AlN/W-Cu复合材料。考察了AlN含量对于烧结体微观组织、力学性能和热学性能的影响，并与由未覆钨AlN粉体制备的AlN/W-Cu复合材料进行对比。结果表明，采用溶胶凝胶法可在AlN颗粒表面均匀制备覆W层，其界面结合良好。覆钨AlN/W-Cu复合材料的相对密度、硬度、抗拉强度以及热导率均优于未覆钨AlN/W-Cu复合材料的。AlN/W-Cu复合材料的相对密度、抗拉强度及热导率随AlN含量的增加而降低，而硬度随AlN含量的增加而上升。当AlN含量为2%时，覆钨AlN/W-Cu复合材料的综合性能最佳，相对密度达到97.69%，显微硬度达到277HV，热导率达到205.54 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...     

气压熔渗法制备高导热金刚石/Cu–B合金复合材料

以硼质量分数为0.5%的Cu–B合金为金属基体以及平均粒径为500 μm的金刚石颗粒为增强体,采用气压熔渗法制备金刚石/Cu–B合金复合材料,研究气压参数对其组织结构和热物理性能的影响规律。结果表明:随着气压升高,金刚石与Cu–B合金之间的界面结合效果、导热性能均增强,热膨胀系数减小;当气压为10 MPa时,其界面结合效果最优,界面处生成的碳化物层将金刚石完全覆盖,且100 ℃时的样品热导率为680.3 W/(m·K),热膨胀系数为5.038×10?6 K?1,满足电子封装材料的热膨胀系数要求。      

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.     

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)。     

Thermal properties of W–Cu composites manufactured by copper infiltration into tungsten fiber matrix

W–Cu composites were produced by the technique of copper infiltration into tungsten fiber preforms (CITFP) under vacuum circumstance. Fibrous structure preforms with various volume fraction of tungsten fiber were fabricated by the process of mold pressing and sintering. The molten copper was infiltrated into the open pores of the preforms under vacuum at 1473 K to 1573 K for 1 h to produce W–Cu composites with compositions of 10–30 wt.% copper balanced with tungsten. The microstructure, relative densities, and thermal properties of the composites were investigated and measured. The relative as-sintered density was enhanced with the increase of the sintering temperature. The thermal conductivity of the W–Cu30 composite with 28.2 wt.% Cu was 241 W/(m · K) at 298 K, 10% higher than that of the W–Cu alloy with similar copper content produced by conventional powder metallurgy process. The thermal expansion of the composites was decreased with the increase of tungsten content, keeping the same tendency as the prediction by the rule of weighted average of volume ratio of compositions.     

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。      

Effect of Nanometer WC Coating on Thermal Conductivity of Diamond/6061 Composites

Diamond has poor interface tolerance with Al. To enhance interface bonding, in this study, tungsten carbide (WC) nanocoatings on the surface of diamond particles were prepared using sol-gel and in-situ reaction methods. WO₃ sol-gel with two concentrations, 0.2 mol/L, and 0.5 mol/L, was, respectively, coated on diamond particles, then sintered at 1250 °C for 2 h to produce WC nanocoatings. The concentration of 0.2 mol/L WO₃ sol-gel was not enough to cover the surface of the diamond completely, while 0.5 mol/L WO₃ sol-gel could fully cover it. Moreover, WO₃ was preferentially deposited on {100} planes of the diamond. WO₃ converted to WC in-situ nanocoatings after sintering due to the in-situ reaction of WO₃ and diamond. The diamond-reinforced Al composites with and without WC coating were fabricated by powder metallurgy. The diamond/Al composite without coating has a thermal conductivity of 584.7 W/mK, while the composite with a coating formed by 0.2 mol/L and 0.5 mol/L WO₃ sol-gel showed thermal conductivities of 626.1 W/mK and 584.2 W/mK, respectively. The moderate thickness of nanocoatings formed by 0.2 mol/L WO₃ sol-gel could enhance interface bonding, therefore improving thermal conductivity. The nanocoating produced by 0.5 mol/L WO₃ sol-gel cracked during the fabrication of the composite, leading to Al₁₂W formation and a decrease in thermal conductivity.     

面向等离子体材料钨厚涂层的制备及表征

等离子体喷涂技术在面向等离子体材料钨涂层的制备中占据主导地位,本实验采用CuMo/MoW作为涂层的中间过渡层,分别以结晶钨粉和羰基钨粉为原料,用大气等离子体喷涂技术在CuCrZr合金基体(110 mm×130mm)上制备了3-4 mm厚的3种钨涂层.对钨涂层微观组织、力学性能和热学性能研究表明,羰基钨粉制备的钨涂层的综合性能优于结晶钨粉,且薄涂层的结合强度优于厚涂层.优化喷涂工艺后,金相法测得钨涂层孔隙率＜2％,涂层的结合强度最大值为10 MPa,EDS测得氧含量为6％左右,纯钨层热导率最大值为12.52 W/(m.K),涂层氧含量过高导致涂层热导率显著降低.研究表明采用大气等离子体喷涂技术在铜合金上制备3～4mm厚的钨涂层是可行的,该技术可为下一步低成本、高性能厚钨涂层的制备奠定基础.     

热处理对氮化铝化学镀铜组织性能的影响

目的优化化学镀铜氮化铝(AlN)基板的综合性能,掌握热处理对其镀层致密度、界面结合强度和热导率的作用机理,并对划痕膜层失效行为进行分析。方法采用化学镀铜法实现AlN陶瓷基板表面金属化,对其进行200~500℃热处理。利用X射线衍射仪、扫描电镜、激光导热仪,对Cu-AlN基板的物相结构、显微形貌、热学性能进行分析。采用划痕法对镀层结合力进行评价,并通过划痕形貌对膜层失效行为进行分析。结果未热处理的Cu-AlN基板表面存在鼓泡现象,结合强度为24.7 N,热导率为156.8 W/(m K)。热处理消除了Cu-AlN基板的鼓泡现象,300℃热处理的Cu-AlN基板综合性能优异,表面Cu颗粒分布均匀,结构较为致密,结合强度为32.6 N,热导率达163.8 W/(m K);当500℃热处理时,Cu-AlN基板表面存在氧化现象,形成CuO,结合强度急剧降低为18.5 N,热导率为161.2 W/(m K)。Cu-AlN基板的基膜失效方式为点剥离,随着载荷的增加,点剥离增多,膜层开裂,AlN逐渐裸露,Cu膜层磨损形貌宏观上表现为由塑性变形引起的犁沟磨损,芯部发生拉伸变形,边界呈现卷曲变形。结论对Cu-AlN进行合理热处理,可改善镀层表面组织与致密度,提高结合强度和导热性能。