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TiC金刚石/铝复合材料的界面及热膨胀性能

采用气压浸渗法制备高体积分数的镀TiC金刚石/铝复合材料,通过SEM和EDS等手段对复合材料的断口形貌进行分析,并研究TiC镀层对复合材料界面和热膨胀性能的影响。结果表明:TiC镀层改善金刚石颗粒与铝合金基体之间的选择性粘结现象,断裂方式以基体断裂为主。部分TiC会被氧化成TiO2并与铝合金基体反应生成Al2O3,从而实现金刚石颗粒与铝合金基体之间良好的界面结合;TiC镀层有效地降低复合材料的热膨胀系数(CTE),增强复合材料热膨胀性能的稳定性。在体积分数相同的情况下,CTE随金刚石颗粒尺寸的减小而减小。     

镀TiC金刚石/铝复合材料的热膨胀性能

采用气压浸渗法制备了金刚石体积分数为65%的铝基复合材料,分析了复合材料的显微组织并对热膨胀系数(CTE)进行了测试,研究了镀TiC金刚石/铝复合材料的热膨胀性能。结果表明,金刚石颗粒在铝合金基体中分布均匀,组织致密;TiC镀层有效地改善了金刚石颗粒与铝合金基体间选择性粘结现象,增强了金刚石与基体间的界面结合;镀TiC使复合材料热膨胀系数明显降低,Turner模型和Kerner模型的均值可以预测其热膨胀系数,而对于未镀层的复合材料则可以用Kerner模型进行预测。     

金刚石/碳化硅/铝复合材料的热膨胀性能

采用气压浸渗法制备金刚石/碳化硅/铝复合材料,研究复合材料的断口形貌以及界面反应,测试复合材料的热膨胀性能。结果表明:金刚石表面Ti镀层使得其选择性粘附不同于未镀钛金刚石的,而在各个面上均粘附有Al,金刚石与基体间有着良好的界面结合,断裂方式以基体断裂为主,其界面反应后,Ti以Al3Ti和Ti-Al-Si等金属间化合物的形式析出,提高金刚石/铝界面的结合强度,降低复合材料的热膨胀系数;随着金刚石颗粒粒径的增大,金刚石和碳化硅颗粒间粒径比的增大增加了整个复合材料的体积分数,从而降低了其热膨胀系数;金刚石颗粒粒径增大导致热膨胀系数升高。这两方面共同影响复合材料的热膨胀系数,但前者起主导作用;金刚石和碳化硅在不同配比下的热膨胀系数随着复合材料中碳化硅含量的增加逐渐增大,Terner模型与Kerner模型的计算平均值能较好地预测实验结果。     

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。     

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。     

添加稀土Nd改善金刚石/铜复合材料界面

目的添加稀土Nd改善金刚石/铜复合材料界面间的缺陷,抑制金刚石与铜之间的弱润湿性,增强复合材料的界面结合。方法采用放电等离子烧结(SPS)技术制备含有不同质量分数Nd的镀钛金刚石/铜复合材料,采用扫描电子显微镜观察界面处的微观形貌,采用X射线衍射仪和X射线能谱仪分析界面处组织,采用排水法测试复合材料的密度和致密度。结果添加稀土Nd后,金刚石-铜两相界面间促生了Cu_5Nd、NdCu_2、Cu_3Ti等相。界面间的Cu_5Nd、NdCu_2、Cu_3Ti、TiC填补了镀钛金刚石/铜复合材料界面处原有的空隙、孔洞等缺陷。未添加稀土Nd的镀钛金刚石/铜复合材料的密度为4.589 g/cm~3,致密度为81%;添加3wt%的Nd元素后,镀钛金刚石/铜复合材料的密度和致密度分别达到了5.569 g/cm~3和98%,密度较未添加Nd的复合材料提升了21%。随着Nd含量的增加,金刚石-铜界面间的缺陷逐渐减少,界面结合效果逐渐转好。结论稀土Nd极大地改善了镀钛金刚石/铜复合材料两相界面处的缺陷,很好地修饰了原本润湿性较差的金刚石-铜两相界面。添加Nd元素后,复合材料两相界面结合紧密。     

复合镀钛——镍金刚石的钎焊

本论介绍了钎焊金刚石的一种新工艺。经真空微蒸发镀钛的金刚石颗粒,采用电镀方法下一步复合镀覆金属镍,在金刚石表面形成一种复合支。因为这种复合镀层与金刚石界面结合,采用高频感应加热的方法,选胜使用合适的钎料,在空气中可以顺利实现金刚石与金属基体的焊接。结果表明,钎料与金刚石之间完全润湿,金刚石与基体焊接牢固,利用钎焊导向棒测定其界面结合强度达到140MPa。     

热处理对金刚石/2024Al复合材料微观组织和热物理性能的影响

采用挤压铸造法制备粒径为5μm、体积分数为50%的金刚石/2024Al 复合材料。退火处理后对其金相组织界面反应、界面结合情况以及金刚石颗粒的内部缺陷进行观察与分析,并对其热物理性能进行测试与研究。结果表明,金刚石/2024Al 复合材料的组织致密,无明显的气孔、夹杂等缺陷;颗粒为不规则多边形,有棱角,分布比较均匀。透射电镜观察表明,部分金刚石颗粒内部有位错和层错存在,而2024Al 基体中的位错密度较大,金刚石/2024Al界面处有较多的界面反应物生成,可能为Al2Cu。复合材料在20~100°C温度区间内的平均热膨胀系数为8.5×10-6°C-1,退火处理的复合材料其热膨胀系数有一定程度的降低;随着温度的升高,复合材料的平均热膨胀系数也呈现增加的趋势。复合材料的热导率约为100 W/（m·K）,退火处理能够提高复合材料的热导率。     

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。