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邹小(xiao)姐：13326633089 -
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根(gen)据(ju)复合材(cai)料的(de)影响因(yin)素，选择(ze)好了基体材(cai)料与金刚石(shi)颗粒增(zeng)强(qiang)相(xiang)后(hou)，界(jie)面(mian)的(de)设计(ji)与优化是(shi)决(jue)定复合材(cai)料是(shi)否获(huo)得优良(liang)热性能的(de)关(guan)键因(yin)素。
金(jin)刚石与(yu)铜不(bu)润湿、不(bu)反(fan)应，直(zhi)接复合(he)难(nan)以(yi)实现两者良(liang)好(hao)的界面结合(he)，除了高温(wen)高压法(fa)外，金(jin)刚石与(yu)金(jin)属基体(ti)直(zhi)接复合(he)表现出的互(hu)不润湿，界面结合差等问题严重影响了金刚石/铜复合的实际导热性能表现，因此需要对复合材料界面进行设计。本文一起来探讨一下，目前金刚石/铜复合材料的界面结合技术。
微金属注射成型(μMIM)生产的铜(tong)和金刚石复合材料
用(yong)于超级(ji)计算机散热器(qi)热沉
除了两者(zhe)浸润能力差外，金(jin)刚石（2.3×10-6/K）与铜（16.5×10-6/K）热膨胀(zhang)系数的(de)巨大差异会在复合材料界面处引入热应力，该应力(li)在冷却过(guo)程中(zhong)表现为拉应力(li)，若界面(mian)结合强度不足，将(jiang)会增(zeng)加复合材料制备和服役过(guo)程中(zhong)发(fa)生界面(mian)脱粘(zhan)的风险，直接威胁复合材料的性能可靠(kao)性。
为获得致(zhi)密度高、性能(neng)稳定可靠的(de)金(jin)刚石(shi)/铜基复合材料，必须进行有效的界面改性。最简单直接的办法就是在复合材料界面处介入一些易碳化元素作为缓冲层，如常见的Cr、Mo、W、Si、B、Ti、Zr等。目前主要采用基体合金化、金刚石表面金属化及一些特殊手段等来解决复合材料界面问题，以减少界面缺陷。
尺寸为100-110μm的典(dian)型金刚石(shi)颗(ke)粒(li)的SEM显微照片
一、金刚石表面金属化
金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石颗(ke)粒(li)表(biao)(biao)(biao)面(mian)金(jin)(jin)(jin)属(shu)化(hua)是指采用(yong)物理法或(huo)化(hua)学法的(de)(de)处理方(fang)式(shi)在金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石颗(ke)粒(li)表(biao)(biao)(biao)面(mian)形成均(jun)匀的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)属(shu)或(huo)金(jin)(jin)(jin)属(shu)碳(tan)化(hua)物层，从(cong)而使金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石颗(ke)粒(li)表(biao)(biao)(biao)面(mian)具(ju)有(you)金(jin)(jin)(jin)属(shu)或(huo)类金(jin)(jin)(jin)属(shu)的(de)(de)性能。经表(biao)(biao)(biao)面(mian)金(jin)(jin)(jin)属(shu)化(hua)处理的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石颗(ke)粒(li)在其(qi)复合(he)材(cai)(cai)料的(de)(de)制备(bei)过程中可以(yi)将铜基体对金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石的(de)(de)直接(jie)接(jie)触(chu)转(zhuan)变为对金(jin)(jin)(jin)属(shu)或(huo)金(jin)(jin)(jin)属(shu)碳(tan)化(hua)物层的(de)(de)接(jie)触(chu)，从(cong)而实(shi)现界(jie)面(mian)的(de)(de)紧密结合(he)状态，提高其(qi)复合(he)材(cai)(cai)料的(de)(de)热导率。金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石表(biao)(biao)(biao)面(mian)金(jin)(jin)(jin)属(shu)化(hua)的(de)(de)主(zhu)要方(fang)法有(you)物理气相(xiang)沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、真空微蒸发镀、化学镀法、盐浴镀法、粉末覆盖烧结法等。
金(jin)(jin)刚(gang)石表面金(jin)(jin)属化的常见方(fang)法(fa)
二、铜(tong)基体合金化
铜基体合金(jin)化(hua)是指在金(jin)属铜基体中添加微量的Ti、Cr、W、Mo、Zr等强碳化物形成元素，此类元素可以在金刚石/铜复合材料的制备过程中向金刚石表面聚集并与其表层的碳原子反应生成对应的金属碳化物层，在界面生成的碳化物层可以有效改善两相界面的结合状态，提高该复合材料的热导率。
在对铜(tong)进行基体合(he)金化的(de)(de)同时，要(yao)特别注意碳化物元素(su)的(de)(de)添加量，基体铜(tong)残留的(de)(de)元素(su)过多时会极大程度降低铜(tong)基体的(de)(de)本(ben)征热导率(lv)，进而导致(zhi)金刚(gang)石/铜复合材料的热导率急剧下降。
三、增加金刚(gang)石与(yu)基(ji)体(ti)接触面积
当金(jin)刚(gang)石(shi)粒(li)度相同时，晶型越完整(zheng)，其比表(biao)面积就越小。破碎料金(jin)刚(gang)石(shi)晶面较不稳定，为多层台阶结(jie)构，这种(zhong)晶面结(jie)构更易与基(ji)体发生反应，制备的复合(he)材料结(jie)合(he)度更强。
张习敏等使用(yong)冷(leng)冲击100μm破碎料金刚石制备复合材料，通过与100μm六八面体单晶金刚石进行对比，认为品级较差的破碎料依然可以制备出高性能金刚石/铜复合材料（详见：张习敏，郭宏，尹法章，等.金刚石/铜复合材料界面结合状态的改善方法[J].稀有金属，2013，37(2):335）。金刚石表面形态能够影响金刚石与铜基表面接触面积进而影响金刚石与铜基界面结合度。通过酸洗或刻蚀使金刚石表面粗化，也可以增加金刚石与基体接触面积，进而增大界面结合度。
粗化滴(di)金刚石粉(fen)体
小(xiao)结
在(zai)电子(zi)器件热管(guan)(guan)理(li)中，除合理(li)的(de)(de)散热结构及散热方(fang)式外(wai)，热管(guan)(guan)理(li)材(cai)料的(de)(de)选用同样(yang)扮演(yan)着重要的(de)(de)角色(se)，理(li)想的(de)(de)热管(guan)(guan)理(li)材(cai)料应具有较(jiao)高的(de)(de)热导率、与半导体材(cai)料（如(ru)Si、GaAs等）相匹配的热膨胀系数，传统的热管理材料如Al、Cu等纯金属、Kovar、W-Cu、Mo-Cu、Al-Si等合金及Al2O3、AlN、BeO等陶瓷材料，无法同时兼(jian)顾高导(dao)热(re)和低(di)膨胀的要(yao)求，难以满足当(dang)前电(dian)子封装对结构功能(neng)一体化、更小封(feng)装尺寸、高效(xiao)散热(re)及绿色环(huan)保的发(fa)展要求，成为电(dian)子技术快速发(fa)展的瓶颈之一(yi)。
金刚石/铜复合材料（表面镀铜）及其断面
因此，开发(fa)兼(jian)备更高导热(re)、热(re)膨胀(zhang)可调(diao)的新(xin)型热(re)管理材料势在(zai)必行，尤其(qi)是(shi)在(zai)以高功(gong)率(lv)IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、微波、电磁、光电等器件为典型应用的高科技技术领域和以相控阵雷达、高能固体激光器等为典型应用的国防技术领域需求十分迫切。金刚石/铜基复合材料由于其耐热、耐蚀、高导热、热膨胀系数可调等优势已成为封装材料领域的研究热点。得于制备技(ji)术的(de)不断深入研(yan)究，目前(qian)高导热的(de)金刚石/Cu金属基复合材料热导率已达700W/(m·K)以上。除(chu)了(le)解决(jue)材料(liao)复(fu)合的(de)热导率问题，金刚石/铜复合材料的硬度极高，常规的机械加工比较困难，其进一步加工技术手段也需要深入研究。鉴于重重难题，目前这个材料还是存在量产的困难滴，当然如果有应用驱动，相信难题就会被各界高手攻破。
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粉体圈编辑：Alpha
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