气压浸渗制备铜金刚石复合材料的导热性能

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。

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%。

金刚石增强铜基复合材料的制备及性能研究金刚石增强铜基复合材料的制备及性能研究随着现代科学技术的发展，新型复合材料在各个领域得到广泛应用。

金刚石是一种性能优良的超硬材料，具有优异的热导性、机械强度和化学稳定性。

而铜是一种常见的金属材料，具有良好的导电性和导热性。

将金刚石与铜进行复合，可以充分发挥两者的优势，提高材料的性能，广泛应用于高温、高压、高速工况下的制造业。

金刚石增强铜基复合材料的制备是一个复杂的过程。

首先要选择优质的金刚石颗粒，并进行表面处理，以提高其与铜基体的结合力。

常用的表面处理方法有化学处理和物理处理两种。

化学处理包括酸洗和溶胶-凝胶法，通过在金刚石颗粒表面形成一层氧化物或硅酸盐包覆层，提高金刚石与铜的结合力。

物理处理包括阳极电解氧化和等离子体处理，通过改变金刚石颗粒表面的形貌和化学性质，增强与铜的结合力。

接下来是金刚石颗粒的分散与铜基体的制备。

常用的分散方法有机械搅拌、超声波振荡和球磨法等，通过将金刚石颗粒均匀分散到铜粉中，形成金刚石包覆的铜粉。

最后是复合材料的烧结制备。

将金刚石包覆的铜粉填充到模具中，进行压制和烧结，使金刚石与铜粉之间形成强烈的冶金结合。

烧结温度和时间的选择对复合材料的性能有重要影响，需要通过试验确定最佳工艺参数。

金刚石增强铜基复合材料具有一系列优异的性能。

首先是热导性能。

金刚石的热导率很高，可以有效提高复合材料的热导率，增强散热能力，降低工作温度。

其次是硬度和耐磨性。

金刚石的硬度极高，可以明显提高复合材料的硬度和耐磨性，延长使用寿命。

再次是导电性和导热性。

铜具有良好的导电性和导热性，金刚石增强铜基复合材料可以在保持优异机械性能的同时，保持优良的导电和导热性能。

此外，复合材料还具有优越的化学稳定性和抗腐蚀性能，适用于恶劣环境下的应用。

金刚石增强铜基复合材料在实际应用中有广阔的前景。

首先是航空航天领域。

航空航天设备对材料的要求非常高，需要具备高温、高压和高速工况下的良好性能。

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。

《TiB2-Diamond-Cu复合材料的制备及其性能研究》篇一TiB2-Diamond-Cu复合材料的制备及其性能研究一、引言随着现代科技的不断进步，复合材料在各个领域得到了广泛的应用。

TiB2-Diamond/Cu复合材料因其优异的导电性、高硬度以及良好的热稳定性等特点，成为了众多研究者的关注焦点。

本文将详细介绍TiB2-Diamond/Cu复合材料的制备过程及其性能研究，为相关领域的研究者提供一定的参考。

二、材料制备TiB2-Diamond/Cu复合材料的制备主要采用粉末冶金法。

具体步骤如下：1. 原料准备：选用高纯度的TiB2粉末、金刚石颗粒以及铜粉作为原料。

2. 混合与压制：将TiB2粉末、金刚石颗粒和铜粉按照一定比例混合均匀，然后放入模具中，在一定的压力下进行压制，形成生坯。

3. 烧结：将生坯放入真空烧结炉中，在一定的温度和压力下进行烧结，使铜粉与TiB2和金刚石颗粒充分结合，形成复合材料。

三、性能研究（一）力学性能1. 硬度：通过维氏硬度计测试TiB2-Diamond/Cu复合材料的硬度，发现其硬度明显高于纯铜，且随着金刚石颗粒含量的增加，硬度逐渐提高。

2. 抗拉强度与抗压强度：通过拉伸试验和压缩试验测试TiB2-Diamond/Cu复合材料的抗拉强度和抗压强度，发现其具有较高的力学性能。

（二）电学性能通过电阻率测试仪测试TiB2-Diamond/Cu复合材料的电导率，发现其电导率随温度变化较小，表现出良好的导电性能。

此外，TiB2的加入有助于提高复合材料的电子传输能力。

（三）热学性能通过热导率测试仪测试TiB2-Diamond/Cu复合材料的热导率，发现其热导率随金刚石颗粒含量的增加而提高，表现出优异的导热性能。

此外，TiB2的加入有助于提高复合材料的热稳定性。

四、结论本文通过粉末冶金法制备了TiB2-Diamond/Cu复合材料，并对其性能进行了详细研究。

结果表明，该复合材料具有较高的硬度、抗拉强度和抗压强度，表现出优异的力学性能。

金刚石-铜复合材料界面调控与导热性能研究金刚石/铜复合材料界面调控与导热性能研究摘要金刚石/铜复合材料由于其出色的导热性能和机械强度，被广泛应用于工程领域。

然而，金刚石和铜之间的界面结构和相互作用对复合材料的性能有着重要影响。

本文通过界面调控技术，研究金刚石/铜复合材料的界面结构调控与导热性能，并对不同界面结构对复合材料性能的影响进行探讨。

研究结果表明，通过界面调控可以有效提升金刚石/铜复合材料的导热性能，实现界面的完全结合。

本研究为金刚石/铜复合材料的应用提供了有益的指导和理论基础。

关键词：金刚石/铜复合材料；界面调控；导热性能；界面结构一、引言金刚石/铜复合材料由于其出色的导热性能和机械强度，在工程领域得到了广泛应用。

金刚石具有极高的导热系数和硬度，而铜具有良好的导热性能和可加工性，两者的结合可以发挥其各自优势，满足高传热要求和机械强度。

因此，研究金刚石/铜复合材料的界面结构和相互作用，对于提高复合材料的导热性能具有重要意义。

二、界面调控技术金刚石和铜之间的界面结构和相互作用对于复合材料的导热性能和力学性能有着重要影响。

传统的金刚石/铜复合材料制备方法主要包括热压法和爆炸焊接法。

然而，这些方法在界面结构的控制和优化上存在一定的难度。

近年来，界面调控技术的发展为解决这一问题提供了新思路。

界面调控技术包括表面改性、界面结合剂和界面交联等方法。

表面改性通过改变金刚石表面的化学性质和形貌，增加其与铜的黏附力和界面结合强度。

界面结合剂通过在金刚石和铜之间添加过渡层或界面材料，增强其界面结合强度和稳定性。

界面交联通过界面掺杂、交联剂和界面交联反应等方式，提高金刚石/铜界面的结合力和导热性能。

三、导热性能研究金刚石/铜复合材料的导热性能直接影响材料的应用效果。

导热性能研究主要包括热导率和界面热阻的测量。

热导率是材料导热能力的指标，常用的测试方法包括热导率仪器测试和稳态热传导法等。

研究结果表明，通过界面调控可以显著提高金刚石/铜复合材料的热导率。

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。

金刚石铜复合材料作为散热材料的热导率与膨胀的研究摘要：在金刚石表面涂上含有少量碳化物元素（包括B,Cr,Ti,Si）的铜溅射物制备金刚石/铜复合材料的金属粉末，碳化物形成元素影响金刚石复合材料的微观结构和热导率。

研究发现Cu-0.5B覆盖在金刚石上形成的复合材料有相当高的硬度并且他的热导率达到300W/(m.K)。

0.5％的B的加入量能提高界面的融合并且减少金刚石与铜的热界面，而1％Cr的加入使界面层脱离金刚石表面。

Cu-0.5B覆盖在金刚石表面形成的复合材料的实际界面导热系数远高于Cu-1Cr组成的复合材料，说明材料界面的内在导热系数是影响金刚石复合材料热导率的重要因素。

关键词：金刚石/铜复合材料碳化物形成元素热导率热边界热阻界面层1简介热考虑在电子包装设计中变得急切重要因为装置不停增长的功率产生越来越多的热量，因此热沉材料需要有效的热导率和相互匹配的热膨胀系数。

金刚石复合材料有希望满足这些要求，ib类型合成金刚石的热导率估计在1 500−2 000 W/(m·K)，铜是最重要的导热和电子应用材料之一。

它能达到400 W/(m·K)的优秀的热导率和16.32×10−6 K−1的热膨胀系数。

金刚石加固铜合基被认为有助于满足日益增长的热导需求。

美国的丁伟迪报告说通过烧结金刚石和铜已经能达到600 W/(m·K)的热导率。

但是通过粉末冶金制作的复合材料被证明是界面粘合变差因为纯的流动的铜不沾金刚石。

因为界面胶合不好以及在表面的不协调的热导率界面热阻变成一个难题。

实验数据表明界面缝隙降低了复合材料的热导效果在镍-钠硼硅酸盐体系中。

在这个工作中，铜基复合材料用引发等离子烧结的方法制备在金刚石表明缓慢的磁溅射以前。

碳化物包含Cr, B, Si, Ti是用来助于提高金刚石/铜复合材料的粘合和热导，界面层对热导率的贡献正在讨论中。

2实验金刚石颗粒表面覆盖铜合金通过磁溅射。

金刚石铜复合材料作为散热材料的热导率与膨胀的研究摘要：在金刚石表面涂上含有少量碳化物元素（包括B,Cr,Ti,Si）的铜溅射物制备金刚石/铜复合材料的金属粉末，碳化物形成元素影响金刚石复合材料的微观结构和热导率。

研究发现Cu-0.5B覆盖在金刚石上形成的复合材料有相当高的硬度并且他的热导率达到300W/(m.K)。

0.5％的B的加入量能提高界面的融合并且减少金刚石与铜的热界面，而1％Cr的加入使界面层脱离金刚石表面。

Cu-0.5B覆盖在金刚石表面形成的复合材料的实际界面导热系数远高于Cu-1Cr组成的复合材料，说明材料界面的内在导热系数是影响金刚石复合材料热导率的重要因素。

关键词：金刚石/铜复合材料碳化物形成元素热导率热边界热阻界面层1简介热考虑在电子包装设计中变得急切重要因为装置不停增长的功率产生越来越多的热量，因此热沉材料需要有效的热导率和相互匹配的热膨胀系数。

金刚石复合材料有希望满足这些要求，ib类型合成金刚石的热导率估计在1 500−2 000 W/(m·K)，铜是最重要的导热和电子应用材料之一。

它能达到400 W/(m·K)的优秀的热导率和16.32×10−6 K−1的热膨胀系数。

金刚石加固铜合基被认为有助于满足日益增长的热导需求。

美国的丁伟迪报告说通过烧结金刚石和铜已经能达到600 W/(m·K)的热导率。

但是通过粉末冶金制作的复合材料被证明是界面粘合变差因为纯的流动的铜不沾金刚石。

因为界面胶合不好以及在表面的不协调的热导率界面热阻变成一个难题。

实验数据表明界面缝隙降低了复合材料的热导效果在镍-钠硼硅酸盐体系中。

在这个工作中，铜基复合材料用引发等离子烧结的方法制备在金刚石表明缓慢的磁溅射以前。

碳化物包含Cr, B, Si, Ti是用来助于提高金刚石/铜复合材料的粘合和热导，界面层对热导率的贡献正在讨论中。

2实验金刚石颗粒表面覆盖铜合金通过磁溅射。