金刚石表面镀钨对铜_金刚石复合材料热导率的影响

金刚石复合片的性能检测金刚石复合片的性能检测000金刚石复合片(polycrystalline diamondcompact PDC)作为一种新型复合材料，其发展历史仅有十几年，但其应用范围已发展到各行各业，广泛地应用于地质钻探、非铁金属及合金、硬质合金、石墨、塑料、橡胶、陶瓷和木材等材料的切削加工等领域。

它的表层为金刚石粒度不同的粉末烧结而成的多晶金刚石，具有极高的硬度、耐磨性和较长的工作寿命;底层一般为钨钴类硬质合金，它具有较好的韧性，为表层聚晶金刚石提供良好的支撑，且容易通过钎焊焊接到各种工具上。

目前国内外一般都采用超高压高温烧结的方法制造聚晶金刚石-硬质合金复合片。

由于它的使用范围扩大，对其性能的要求提高，因而相应的性能检测方法也经过了一个快速的发展过程，在检测的准确性和有效性方面都趋于成熟。

1金刚石复合片的性能金刚石复合片之所以应用如此广泛，主要是因为其具有其他材料无与伦比的优越的性能。

(1)高的硬度和耐磨性(磨耗比)。

复合片的硬度高达10 000 HV左右，是目前世界上人造物质中最硬的材料，比硬质合金及工程陶瓷的硬度高得多。

由于硬度极高，并且各向同性，因而具有极佳的耐磨性。

一般通过磨耗比来反映复合片的耐磨性，在20世纪80~90年代中期，复合片磨耗比为4~6万(国外为8~12万); 20世纪90年代中期至现在，复合片的磨耗比为8~30万(国外10~50万)。

(2)热稳定性。

复合片的热稳定性确定了其使用范围，复合片的热稳定性[2]即为耐热性，与其强度和磨耗比一样，是衡量PDC质量的重要性能指标之一。

耐热稳定性是指在大气环境(有氧气存在)下加热到一定的温度，冷却以后聚晶层化学性能的稳定性(金刚石墨化的程度)、宏观力学性能的变化和对复合层界面结合牢固程度的影响。

热稳定性的变化在750℃烧结以后，国内部分厂家产品表现为磨耗比上升5% ~20%，抗冲击韧性变化不大，部分厂家产品磨耗比下降，抗冲击性能下降，这与各个单位所采用的配方和工艺不同有关，国外复合片的磨耗比和抗冲击韧性烧结前后变化不大。

高导热金刚石Cu复合材料研究进展
高导热金刚石/铜（Diamond/Copper）复合材料是一种具有高导热性能的材料，由金刚石颗粒和铜基体组成。

这种复合材料结合了金刚石的优异导热性和铜的良好导电性，具有广泛的应用前景。

以下是关于高导热金刚石/铜复合材料研究的一些进展：
1. 制备技术：制备高导热金刚石/铜复合材料的主要方法包括电化学沉积法、热压法、高压高温法和黏结剂法等。

这些方法可以在金刚石颗粒和铜基体之间形成牢固的结合，并实现优异的导热性能。

2. 导热性能：高导热金刚石/铜复合材料具有出色的导热性能，可以达到甚至超过单晶金刚石。

金刚石颗粒的高导热性能和铜基体的良好导电性使这种复合材料能够有效传导热量，具有广泛的热管理应用潜力。

3. 界面热阻：金刚石颗粒和铜基体之间的界面热阻是影响高导热金刚石/铜复合材料导热性能的重要因素。

研究者通过界面改性、介入层和界面强化等方法来减小界面热阻，以提高导热性能。

4. 织构控制：研究者通过优化工艺和添加适当的添加剂，以控制金刚石颗粒在铜基体中的分布和方向，从而改善复合材料的导热性能。

例如，添加剂可以调节金刚石颗粒的尺寸、形状和分散性，以实现更均匀的导热路径。

5. 应用领域：高导热金刚石/铜复合材料在热管理领域有广泛的应用前景，例如半导体封装材料、电子器件散热器、高功率电子器件、激光器冷却器和热电模块等。

总体而言，高导热金刚石/铜复合材料的研究一直是一个活跃的领域。

通过不断优化制备工艺和界面控制技术，希望能够进一步提高复合材料的导热性能，扩大其在热管理应用中的应用范围和效果。

金刚石热导率高的原因金刚石是一种非常特殊的材料，其热导率之高让人惊叹。

那么，到底是什么原因让金刚石的热导率如此高呢？本文将就这个问题展开讨论。

我们需要了解什么是热导率。

热导率是一个物质传导热量的能力的物理量，它描述了单位面积上单位时间内通过物质传递的热量。

高热导率意味着物质能更有效地传递热量。

金刚石的热导率之高主要归功于其晶格结构和化学成分。

金刚石是由碳元素组成的，其晶格结构是由碳原子形成的四面体网络。

每个碳原子与其他四个碳原子共享四个电子，形成了非常坚硬和稳定的晶格结构。

这种晶格结构决定了金刚石的热导率。

金刚石的晶格结构使得它的热传导方式与大多数其他材料有所不同。

晶格结构中的碳原子之间的共价键非常坚固，使得热量可以在晶格中快速传递。

而且，金刚石晶格中几乎没有杂质或缺陷，这进一步提高了热传导的效率。

金刚石具有非常高的声速和弹性模量，这也是其热导率高的原因之一。

高声速和弹性模量使得金刚石能够更快地传递热量。

当热量在金刚石中传递时，声波也会以高速度传播，从而促进热量的传导。

金刚石的热导率还与温度有关。

一般来说，金刚石的热导率随着温度的升高而略微降低。

这是因为随着温度的升高，晶格中的振动也会增加，从而影响热传导的效率。

但即便如此，金刚石在常温下仍然具有非常高的热导率。

需要注意的是，金刚石的热导率高并不意味着它是一个优良的导热材料。

由于金刚石的硬度和脆性，它在实际应用中并不经常用作导热材料。

相反，金刚石更常用于制作切削工具、磨料和高温高压实验装置等。

金刚石之所以具有如此高的热导率，主要是由于其特殊的晶格结构和化学成分决定的。

金刚石的晶格结构使得热量能够在其中快速传递，而高声速和弹性模量进一步提高了热传导的效率。

尽管金刚石的热导率高，但由于其硬度和脆性，它在实际应用中的导热性能并不常用。

太原理工大学硕士研究生学位论文金刚石/铜复合材料的制备及其性能研究摘要随着电子元器件电路集成规模日益提高，电路工作产生的热量也相应升高，对与集成电路芯片膨胀系数相匹配的封装材料的热导率提出了更高的要求。

本论文以制备高热导率封装材料为目的，以金刚石颗粒、Cu粉、CuTi合金粉末和W靶材作为原材料，分别利用放电等离子体烧结工艺、无压渗透工艺以及金刚石表面镀W后放电等离子体烧结制备Cu/金刚石复合材料，利用X射线衍射分析仪(XRD)研究材料成分、采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的组织特征，并且采用激光闪射热导率测试仪测试了复合材料的热导率，着重研究了材料成分对Cu/金刚石复合材料热导率的影响。

本文首先采用无压渗透法制备Cu-Ti/金刚石复合材料。

首先将酚醛树脂和金刚石颗粒混合压制并置于真空烧结炉内800℃碳化处理得到孔隙度为50%的金刚石压坯。

然后将Cu粉和一定质量分数的Ti粉进行均匀混合后对碳化后的金刚石预制体进行包埋熔渗，冷却后得到Cu-Ti/金刚石复合材料。

实验结果表明，当Ti含量低于10wt%时，Cu合金液不能自发渗入多孔金刚石预制体中。

当Ti含量大于10wt%时，Cu-Ti/金刚石复合材料中存在界面层。

随着Ti含量的增加，Cu-Ti/金刚石复合材料致密度从83.2%逐渐增大至89.4%，金刚石颗粒与Cu基体之间的界面层厚度从0.8µm逐渐增大至4µm。

随着基体中Ti含量的增加，复合材料的热导率先增大后减小。

当Ti的质量太原理工大学硕士研究生学位论文分数为15%时，Cu/金刚石复合材料的热导率达到最大值为298W/ (m·K)。

采用扩散不匹配模型对复合材料的理论卡皮查热阻进行理论估算，将所得结果带入Hasselman-Johnson模型对不同Ti含量下制备的Cu-Ti/金刚石复合材料的理论热导率进行计算可知，当Ti含量为15wt%时，复合材料的实际热导率可以达到理论热导率的82%。

钨粉粒径对金刚石扩散镀钨影响的研究
赵龙;袁春琪;马浩;涂于飞
【期刊名称】《超硬材料工程》
【年(卷),期】2024(36)3
【摘要】金刚石镀钨能够改善铜与金刚石的润湿性,有助于合成金刚石/铜复合材料。

采用扩散烧结法对金刚石表面进行处理,研究钨粉粒径对镀层的影响。

并对试验机
理及规模化生产的可行性进行了论述。

试验结果表明:钨粉粒径过小或过大时均镀
覆失败,其最佳镀覆粒径为金刚石粒径的1/3~2/3;金刚石烧结量对镀层影响关系很小,真空扩散镀钨烧结法适用于工业批量生产。

【总页数】4页(P32-35)
【作者】赵龙;袁春琪;马浩;涂于飞
【作者单位】郑州西亚斯学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG73;TQ164
【相关文献】
1.金刚石表面镀钨对铜/金刚石复合材料热导率的影响
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金刚石微粉表面镀覆研究进展代晓南;何伟春【摘要】Copper, titanium, nickel, tungsten, molybdenum, silver, etc., are mainly used for diamond surface coating.These coating can enhance the compressive strength of diamond grains, the coefficient of thermal conductivity of grinding tool, service life, increase the binding force between the diamond abrasive and binder.There are a lot of different diamond surface plating processes, mainly included chemical plating, plating, magnetron sputtering, vacuum deposition, etc.Small size of diamond particle is required in grinding fluid, fine grinding and wire saw, so this needs fine grain diamond surface plating, but 5 ~10 μm is the smallest size in the industry at present, and its performance is not very good, so the study of fine grain diamond micro powder coating should be stepped up.%用于金刚石表面镀层的金属主要有铜、钛、镍、钨、钼、银等，不同程度的提高了金刚石颗粒的抗压强度、磨具的导热系数、使用寿命。

金刚石/铜复合材料热导率研究*刘永正(北京航空材料研究院先进复合材料国防科技重点实验室,北京100095)摘 要: 采用放电等离子烧结法制备了金刚石/铜复合材料,并研究了增强体粒径及体积分数对复合材料热导率的影响。

结果表明复合材料的热导率随粒径的增大而略有增加,当体积分数10%时热导率最高。

X 射线衍射谱图显示制备过程中金刚石未发生石墨化。

关键词: 金刚石/铜;复合材料;热导率中图分类号: TB331文献标识码:A 文章编号:1001 9731(2009)增刊 0323 031 引 言随着电子技术的不断发展,电子元器件集成化程度越来越高,发热量也越来越大,微处理器及功率半导体器件在应用过程中常常因为温度过高而无法正常工作。

散热问题是电子信息产业发展面临的主要技术瓶颈之一[1,2]。

金刚石的室温热导率为600~2200W/(m K),热膨胀系数0.810-6/K[3]。

目前人工合成金刚石技术已十分成熟,生产成本大幅下降,使人造金刚石在复合材料中的大规模应用成为可能。

如何发挥金刚石的高导热性质来制备各种复合材料,是各国科学家广泛关注的问题[4~7]。

在金属材料中,铜具有良好的热导率,但其热膨胀系数过大,因此可以考虑以铜为基体,金刚石颗粒为增强体制备金刚石/铜复合材料。

本文采用放电等离子烧结法制备了金刚石/铜复合材料,主要研究了金刚石的粒径及体积分数对复合材料热导率的影响。

2 实 验实验用原料为电解铜粉(纯度99.7%),人造金刚石为颗粒形状不规则的普通研磨级单晶金刚石(粒径分别为20~30、40~60、60~80 m)。

将金刚石颗粒与铜粉按金刚石所占体积分数分别为5%、10%、20%、40%、60%进行配料,然后在混料机中进行混料。

将混合后的粉末装入直径 20m m的石墨模具中,在SPS 1050T放电等离子烧结炉中真空加压烧结,压力20M Pa,烧结温度900!,到温后保温5min,随炉冷却至200!后取出。

气压浸渗制备铜/金刚石复合材料的导热性能随着电子信息技术的发展,功率器件热流密度不断增加,传统散热材料已难以满足当前的导热性能要求,亟需开发新一代的高导热散热材料。

金刚石具有优异的热物理性能,导热率可达1200～2000 W/mK,热膨胀系数仅为2.3×10^-6/K。

金刚石颗粒增强铜基复合材料具有高热导、热膨胀系数可控等优点,是新一代热管理材料研究的热点。

由于金刚石与铜之间不润湿且存在化学惰性,导致两相界面结合弱,无法充分发挥金刚石优异的导热性能。

本文采用一种制备铜/金刚石复合材料的新工艺-气压浸渗法,结合金刚石表面金属化和铜基体合金化两种不同方式引入碳化物界面层,通过界面改性提高铜与金刚石之间的界面结合,有效降低界面热阻,从而获得导热性能优异的铜/金刚石复合材料。

通过金刚石表面金属化引入碳化物层,镀覆元素包括Mo、V、W、Ti、Cr等,其中Mo、V、W采用各自的氧化物与金刚石混合,Ti、Cr则直接使用金属粉与金刚石混合,均采用粉末覆盖燃烧法对金刚石颗粒进行表面处理。

通过调控镀覆工艺参数,在金刚石颗粒表面获得一系列具有不同厚度及相组成的碳化物镀层,然后将镀覆后的金刚石颗粒与纯铜通过气压浸渗法制备铜/金刚石复合材料。

研究表明,镀层的质量、厚度影响复合材料导热性能,均匀的镀层以及适中的厚度是获得高导热率的关键。

金刚石颗粒表面镀覆V、Mo、W、Cr、Ti制备铜/金刚石复合材料的导热率最高值分别为205 W/mK、221W/mK、670W/mK、714W/mK、716W/mK。

在铜基体中添加过渡金属元素熔炼铜合金,然后采用气压浸渗法制备铜/金刚石复合材料,铜基体中的合金元素与金刚石反应生成界面碳化物。

系统.研究不同合金化元素、不同合金元素含量以及制备工艺对铜/金刚石复合材料导热性能的影响规律,重点研究了Ti、Zr、Cr三种元素。

结果表明,铜基体中添加合金元素能够有效提高复合材料的导热性能,随着合金元素含量增加,导热性能出现先增高再降低的趋势。

金刚石热导率高的原因金刚石是一种具有优异的热导率的材料，其热导率比大多数金属和其他非金属材料都高。

这一特性使得金刚石在许多领域都有广泛的应用，例如导热材料、散热材料、热管理和电子器件等。

那么，为什么金刚石具有如此高的热导率呢？我们需要了解金刚石的结构。

金刚石是由碳原子构成的晶体，具有非常坚硬和高熔点的特性。

它的晶体结构是由每个碳原子与其周围四个碳原子形成的稳定三维网络构成的，这种网络结构被称为钻石晶格。

这种结构使得金刚石具有非常高的热导率。

金刚石的热导率高主要是由于其晶格结构的特殊性质。

金刚石的晶格结构非常稳定，每个碳原子与周围碳原子之间的键结构非常牢固。

这种强大的键结构使得能量在晶格中传递时几乎没有能量损失，从而导致了高的热导率。

金刚石的结构中还存在着许多导热通道。

由于金刚石晶格的特殊性质，其中有许多空间可以容纳热量传递所需的能量携带者——声子。

声子是晶体中传递热量的主要载体，而金刚石中存在的大量空间使得声子能够自由传播，从而增加了热导率。

金刚石的热导率还与其晶格的缺陷和杂质有关。

晶格缺陷和杂质可以散射声子，从而减小声子的自由程，降低热导率。

然而，金刚石是一种非常纯净的材料，其晶格很少存在缺陷和杂质，因此热导率较高。

另一个影响金刚石热导率的因素是温度。

随着温度的升高，金刚石的热导率会逐渐增加。

这是因为温度升高会增加晶格中声子的能量，使得声子能够更远距离地传播，从而增加热导率。

然而，当温度超过一定范围时，金刚石的热导率会开始下降，这是因为高温会导致声子散射增加，从而降低热导率。

总结起来，金刚石具有高热导率的原因主要是由于其特殊的晶格结构和纯净的材料特性。

金刚石的晶格结构稳定，能量在晶格中传递时几乎没有能量损失，从而导致高的热导率。

另外，金刚石中存在许多导热通道，使得声子能够自由传播，增加热导率。

此外，金刚石的纯净性质也有助于提高其热导率。

需要注意的是，金刚石的热导率还受温度的影响，随温度的升高而增加。

金刚石磨料颗粒为什么需要在表面镀覆金属？
金刚石是公认的“超硬之王”，极高的硬度使得它在磨具磨料行业中被广泛使用。

但是金刚石颗粒和大多数金属、合金、陶瓷甚至树脂结合剂之间的高界面能，决定了磨具中的金刚石颗粒只是被机械地包覆在结合剂基体中。

 但是金刚石颗粒若不能与基体“死死地”黏在一块的话，当磨具受到磨削力作用、磨粒还没被磨露到最大截面时，金刚石颗粒就因失去基体的包裹而自行脱落，降低了金刚石工具的使用寿命和效率。

 因此为了提高磨具的使用寿命，人们开始应用金属包覆金刚石颗粒。

镀覆金属后，金刚石粉体与结合剂基体之间的表面能差异得以降低，两者间的结合力得到加强并减少了金刚石的脱落，从而提高金刚石粉体材料的利用率。

而且它还能对金刚石表面起到宏观隔离保护作用，及对金刚石结构起到微观侧面支撑作用，有利于防止金刚石在使用过程中被氧化和石墨化。

 镀层的分类：
 自1965年尼柯都尔(Nicodur)发现金属镀层处理可以提高砂轮寿命50%后，这一做法就得到了广泛普及。

1966年以后，最先出现的镀层是铜和镍，后来钛、钼、钨、铌、钽等金属镀层也逐渐发展了起来，甚至还有陶瓷难熔化合物等非金属材料镀层，但普遍来讲，镀镍金刚石较为常见。

 除此之外，镀层也由单层发展到多层，例如铜-镍、钛-镍以及金属-非金属复合镀层，常用的方法则有化学镀加电镀、真空蒸镀、等离子溅射等。

如今表面镀覆不仅应用于磨粒，还应用于微粉和聚晶原料加工。