金刚石粒径对金刚石/Cu-B合金复合材料热物理性能的影响

采用Cu-B合金为基体,选用粒径分别为110、230、550μm的金刚石颗粒作为增强体,利用气压熔渗工艺在1100℃、10 MPa气体压力下制备金刚石/Cu-B合金复合材料,研究金刚石颗粒粒径对复合材料组织结构、界面相分布及热物理性能的影响。结果表明,随着金刚石粒径的增大,复合材料热导率上升,热膨胀系数减小,复合材料界面处硼碳化合物含量增加,界面结合情况得到改善。由金刚石颗粒粒径为550μm时,复合材料热导率最高,可达680.3 W/(m·K),热膨胀系数最小,为4.905×10^(−6)K^(−1),符合高效热管理器件对金刚石/金属基复合材料的热物理性能要求,在电子产品散热器件方面具有良好的应用前景。

高导热金刚石/Cu复合材料的研究进展

随着大数据、人工智能等信息技术的飞速发展,电子元器件逐渐向便携、轻量、高性能等方向发展。金刚石/Cu复合材料具有热导率高、热膨胀系数与电子元器件匹配度高等优点,目前已成为第三代先进电子封装材料。综述了国内外金刚石/Cu复合材料的制备方法、影响金刚石/Cu复合材料热导率的因素,尤其是界面改性对热导率的影响。此外,还对金刚石/Cu复合材料的未来发展方向进行了预测,为金刚石/Cu复合材料的研制提供参考。

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

金刚石/铜-硼复合材料界面结构及其对热导率和力学性能的影响

通过控制硼含量制备不同界面结构的金刚石/铜复合材料,研究复合材料的界面显微组织及其对热性能和力学性能的影响。结果表明,界面处形成微米级B4C齿状结构,该结构为界面结合提供冶金结合和机械啮合的双重作用。金刚石/铜-硼复合材料获得最高为695 W/(m·K)的热导率和535 MPa的弯曲强度。金刚石与B4C之间形成具有金刚石(111)//B4C (104)取向关系的半共格界面。微纳米级齿状结构可提高界面声子传输效率和界面结合强度。

激光粉末床熔融成形金刚石增强铝基复合材料

添加质量分数3%金刚石颗粒并利用激光粉末床熔融技术制备6061铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子密度计、电子式万能试验机对3%金刚石/6061铝基复合材料的微观组织、相对密度和拉伸性能进行了表征与分析。结果表明:金刚石与Al基体反应生成了针状Al4C3相,并沉积在α-Al基体上,导致晶界位错密度增加,强度提高,抗失效能力增强。金刚石的添加促使6061铝基体中热裂纹消失,但存在孔洞缺陷。较低的扫描速度增加了激光光斑与被加工材料接触的时间,导致金刚石颗粒部分石墨化,铝基体部分蒸发,进而形成内部缺陷,降低了复合材料的相对密度(97%)。金刚石的加入显著提高了激光粉末床熔融技术成形金刚石/6061铝基复合材料的抗拉强度,当激光功率为350 W、扫描速度为800 mm·s-1时,复合材料的极限抗拉强度达到最大值244.2 MPa,屈服强度211.6 MPa,伸长率2.1%。

真空蒸镀钨改性金刚石/铜硼复合材料导热性能

采用真空蒸镀法在平板金刚石衬底表面镀覆钨镀层,构建多层平板结构以研究热处理温度对金刚石表面钨界面层形貌结构、物相成分及其与金刚石基体间界面结合情况的影响,并为金刚石颗粒表面金属化改性提供实验指导。在此基础上,以相同真空蒸镀和热处理工艺制备的钨改性金刚石颗粒作为增强体,以铜硼合金作为基体,采用气体压力浸渗法制备相应的金刚石/铜硼复合材料,探究金刚石颗粒的热处理温度对复合材料导热性能的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,复合材料热导率呈现先上升后下降的趋势,当热处理温度为1000℃时,复合材料界面结合明显改善,同时金刚石表面钨镀层依旧连续完整,此时,复合材料的热导率最高可达629 W/(m∙K)。

Ni-Al辅助微波自蔓延烧结制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料工艺研究

为降低金刚石磨削工具的制造成本和能耗,探寻一种在低能耗下实现高性能陶瓷结合剂金刚石磨具的制备工艺,同时研究助燃剂Si和金刚石粒度等因素对样品物相组成、显微形貌和磨削性能的影响。采用Ti、Si、石墨粉和金刚石磨料作为原料,经冷压成型至生胚,通过Ni-Al辅助在微波场加热诱发Ti-Si-C体系发生自蔓延高温合成(SHS)反应以制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料。结果表明,高热值Ni-Al合金辅助可以缩短样品的烧结时间,还可以将诱发SHS反应的温度点控制在金刚石石墨化温度以下。在Ar保护气氛下,Ti-Si-C体系发生SHS反应,可生成Ti_(3)SiC_(2)、TiC和Ti5Si3等3种物相。随Si含量升高,Ti_(3)SiC_(2)相先增多后减少,当n(Ti):n(Si):n(C)=3∶1.1∶2时,复合材料的磨削性能最佳,磨耗比最高可达286.53。分析不同原料配比下的试样磨耗比差异的产生机制,认为基体组织中存在微小且分布均匀的气孔结构,在磨削时可产生大区域的平整磨削面,易于发挥金刚石磨料的磨削效果,有利于提升复合材料样品的磨削性能。

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。

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。

金刚石/铝复合材料的制备及其扩热可靠性研究

金刚石/铝复合材料具有高导热和低密度等优点,是理想的航天电子器件散热材料。然而,目前对影响金刚石/铝复合材料热导率的影响因素和可靠性研究仍有不足。采用放电等离子烧结法,综合考虑了烧结温度、保温时间和金刚石粒径组合的影响,制备了热导率为462 W/(m·K)的金刚石/铝复合材料。同时,验证了复合材料在高低温和振动环境中的扩热可靠性。结果表明,当热流密度为70 W/cm^(2)时,与铝合金扩热板相比,金刚石/铝复合材料将带动热源温度下降13℃,在高低温和振动环境中仍具有热物理性质稳定性和结构可靠性,有效提升了电子设备的总体散热能力,为航空航天电子器件的发展提供了一种稳定、可靠的散热方案。

熔渗法制备高导热金刚石/Cu复合材料

利用真空热压熔渗技术制备金刚石/Cu复合材料.研究熔渗工艺、金刚石表面镀覆条件等对制备出的金刚石/Cu复合材料的热物理性能的影响.通过理论分析和试验数据可以发现：利用熔渗工艺制备出的金刚石/Cu复合材料中增强体金刚石的石墨化程度非常低,对复合材料的热性能影响很小;提高复合材料的致密度以及降低复合材料的界面热阻是提高复合材料热导率的主要方法,通过改变工艺参数和在金刚石表面镀覆金属层等方法可以提高复合材料的致密度并降低材料的界面热阻;采用180 ～ 210μm粒径镀Cr金刚石制备的金刚石体积分数为60％、相对密度为99.1％的复合材料热导率达到462W·m-1· K-1.

金刚石/纳米氧化铝陶瓷复合材料高温高压合成物相结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶法在金刚石微粉(粒度0.1~4μm)表面包覆一层非晶纳米氧化硅膜层,同时在覆膜层中加入纳米Si粉和纳米Al_(2)O_(3)粉,制备出金刚石/纳米SiO_(2)/纳米Al_(2)O_(3)复合包覆体。采用高温高压(HTHP)技术,将复合包覆材料置于六面顶压机中,以压力5 GPa、温度1100℃~1700℃、保温20 min的条件制备了金刚石-氧化铝陶瓷烧结体。在高温高压合成过程中,纳米SiO_(2)从非晶态转变为晶态,原料纳米Al_(2)O_(3)中的γ-相、θ-相转变为稳定的α-相,同时,SiO_(2)和Al_(2)O_(3)之间形成了Al_(2)SiO_(5)(莫来石)相,由此,通过高温高压下反应原料的结构转变与复合,可以获得致密度良好的金刚石-氧化铝复合材料。

Ag-Cu-Ti活性钎料真空钎焊金刚石/Cu复合材料和金刚石膜

采用Ag-Cu-Ti活性钎料钎焊金刚石/Cu复合材料和金刚石膜,实现其高强度连接。用SEM对接头的微观组织进行观察分析,用无损探伤检测钎焊质量,用拉伸试验测定接头的力学性能,用热循环试验检验其可靠性。结果表明:焊料与金刚石膜连接处有一层均匀连续的富Ti相,大大改善了焊料与金刚石膜的润湿性;与金刚石膜粗糙面相比,采用金刚石膜光滑面进行钎焊,焊接接头的质量较高,焊缝内存留的夹孔、气泡等缺陷较少,热导率较高;钎焊接头的抗拉强度>23.12MPa,能够承受50个周期的冷热循环,满足实际应用的要求。

基于聚焦离子束技术制备金刚石/M(M=Cu,Al,AlN)双相复合材料HRTEM样品

分别以金刚石/Cu,金刚石/Al,金刚石/Al N等双相复合材料为研究对象,应用聚焦离子束(FIB)场发射扫描双束电镜,成功制备了含双相及界面结构的高分辨透射电镜(HRTEM)样品,并减小了Ga离子的非晶损伤层。HRTEM成功观测到金刚石与不同材料复合时的晶体共格/半共格/非共格关系,为进一步研究金刚石双相复合材料的界面成分和晶体结构奠定了基础。

通过改善界面状态提高金刚石-Cu复合材料导热性的研究

对通过改善界面状态提高金刚石-Cu复合材料导热性的研究进行综述。为了改善金刚石与Cu的界面状态,提高二者的结合力,研究者们已经做了大量的工作。从加强界面结合力入手:一种方法是通过金刚石颗粒表面涂覆金属层(即表面金属化)来提高金刚石与Cu的亲和力,在同等条件下,采用表面镀Cu的金刚石与没有镀Cu的金刚石相比,所制备的金刚石-Cu复合材料的导热性增加了近3倍;另一种方法是通过在Cu中添加元素,形成中间碳化物层来增强界面结合力,减小热阻,研究者们分别添加W、Ti、Cr等活性元素,都不同程度地提高了Cu-金刚石复合材料的导热性能。或综合两种方法,同时对基体和增强体进行一定的预处理。其次,减少界面数量,增大金刚石颗粒粒径,尽可能实现并联导热模型以构成复合材料的各相的三维连通,应该都是发掘高导热复合材料导热性能的有效方法。

界面对热沉用金刚石-Cu复合材料热导率的影响

用特殊粉末冶金技术制备了金刚石-Cu复合材料。用SEM、拉曼光谱、EDS分析了复合材料的界面状态,用激光闪光法测量复合材料常温下的热导率。结果表明:在最佳工艺参数下,复合材料热导率可达570W.m-1.K-1;烧结时添加适量的钴可极大促进金刚石与铜之间的粘结;钴向金刚石中的扩散及其在铜熔液中的固溶,使金刚石与铜之间形成过渡层;过渡层可增强金刚石与铜基体过渡界面的相容性,降低界面热阻;金刚石骨架的形成有助于获得超高热导率。

不同冷压压力下Fe-Cu基金刚石复合材料超薄切锯胎体的组织和致密化机理

采用单轴模压法,以Fe-Cu基单元素混合粉末为原材料,在不同冷压压力下制备Fe-Cu基金刚石复合材料超薄切锯胎体压坯;利用显微硬度仪、阿基米德原理和OM、SEM表征冷压坯的显微硬度、组织和密度,研究不同压力下冷压坯的致密化机理。结果表明:随着冷压压力的增大,压坯中粉末的变形不均匀,粉末间摩擦力不断发生变化,制约了粉末颗粒的结合方式、显微硬度、排布及胎体密度。

金刚石/铜复合材料与氧化铝陶瓷的Ag-Cu-Ti活性钎焊(英文)

金刚石/铜复合材料具有低膨胀系数和高热导率等优异性能,使其成为一种理想的电子封装材料。采用97%(72Ag-28Cu)-3%Ti活性钎料对金刚石/铜复合材料和氧化铝陶瓷进行钎焊。发现活性钎料在氧化铝陶瓷和金刚石薄膜表面均具有良好的润湿性,在两者表面的平衡润湿角均小于5°。讨论了主要钎焊条件(如钎焊温度和保温时间等)对接头性能的影响。发现钎焊过程中Ti元素聚集在金刚石颗粒的表面形成TiC化合物,且TiC化合物的形貌与钎焊接头的剪切强度具有紧密联系。推测合适的TiC化合物层厚度可改善钎焊接头的剪切强度,而颗粒状的TiC化合物及过厚的TiC化合物层却会损害钎焊接头的性能。获得的最大剪切强度为117MPa。

Ag-Cu-Ti钎焊金刚石/铜复合材料的组织和性能

采用97(72Ag-28Cu)-3Ti活性钎料钎焊了Diamond/Cu复合材料和Al2O3陶瓷,研究了主要钎焊条件如钎焊温度和保温时间对接头强度的影响。结果表明,钎焊过程中Ti元素易聚集在金刚石颗粒周围并形成TiC化合物层。TiC化合物的形貌与Diamond/Cu钎焊接头剪切强度有密切关系,金刚石表面生长适当厚度的TiC化合物层能增强钎焊接头的剪切强度,但如果TiC为颗粒状或TiC化合物层生长过厚,将削弱钎焊接头的剪切强度。钎焊接头的最大剪切强度可达117 MPa。