中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日，太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馬永等在Journal of Alloys and Compounds上發(fā)表題為“Fabrication and heat dissipation performance of diamond/Cu composite with diamond bars inserted in the normal direction”（法向鑲嵌金剛石棒的金剛石/銅復(fù)合材料的制備及散熱性能）的文章。該研究設(shè)計(jì)了一種高導(dǎo)熱的新型金剛石/銅復(fù)合材料。
金剛石/銅復(fù)合材料已成為高效散熱的理想方案
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，航空航天、工業(yè)、國(guó)民生產(chǎn)及其他許多領(lǐng)域的電子設(shè)備愈加趨向小型化，多功能化和集成化方向發(fā)展，在單位體積功率密度提高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量熱量。如今傳統(tǒng)的散熱材料已經(jīng)不能滿足高功率器件對(duì)電子設(shè)備散熱的需求，散熱問(wèn)題已經(jīng)成為限制這些行業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。
由于具有特有的碳結(jié)構(gòu)，金剛石是目前已知的在自然界中存在的最堅(jiān)硬的物質(zhì), 莫氏硬度達(dá)到10, 同時(shí)也是自然界中導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì)之一, 導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)2.0～2.2 kW/(m·K)。銅的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、延展性都較好, 熱導(dǎo)率為401 W/(m·K), 遠(yuǎn)高于鋁、鉬等金屬, 并且價(jià)格低廉, 被廣泛應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域。綜合金剛石和銅的導(dǎo)熱性能，將金剛石與銅進(jìn)行復(fù)合制備的金剛石/銅復(fù)合材料，不僅可滿足電子元器件對(duì)于導(dǎo)熱以及熱膨脹性能的要求，還具有良好的耐熱、耐蝕與化學(xué)穩(wěn)定性，是一種極具應(yīng)用前景的高性能熱管理材料。
金剛石/銅復(fù)合材料的制備方法很多, 提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率的方法也很多, 其中最有必要的是要對(duì)兩者的界面進(jìn)行改性。然而，即使使用金剛石表面金屬化方法或基體合金化方法通過(guò)過(guò)渡層對(duì)界面進(jìn)行改性，也不能完全消除界面熱阻。到目前為止，各種方法制備的復(fù)合材料的TC大多在1000 W/（m·K）以下，仍遠(yuǎn)低于金剛石。
金剛石棒代替金剛石顆粒
為此，太原理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型的金剛石/銅復(fù)合材料，該材料具有高效的法向?qū)嵬ǖ�。研究團(tuán)隊(duì)用金剛石棒代替金剛石顆粒作為復(fù)合材料的主要導(dǎo)熱通道，保證了垂直方向更高效的導(dǎo)熱，有望以較低的金剛石含量獲得較高的導(dǎo)熱率。直接使用含Ti元素的活性釬料，省去了界面改性工藝，降低了生產(chǎn)時(shí)間和成本。此外，采用真空釬焊作為制備工藝，不僅保證了復(fù)合材料的質(zhì)量，而且可以同時(shí)生產(chǎn)更多的復(fù)合材料。
(a)新型金剛石/Cu復(fù)合材料的三維示意圖; (b)單個(gè)鉆石棒插入單個(gè)孔中的金剛石/Cu復(fù)合材料的示意圖
數(shù)據(jù)顯示，實(shí)驗(yàn)中三種金剛石/Cu復(fù)合材料樣品的TC值均高于純銅。此外，加入金剛石顆�？梢赃M(jìn)一步提高復(fù)合材料的TC。其中，含有2000目金剛石顆粒的樣品具有前所未有的515.25 W/（m·K）的TC，而總金剛石含量低至22.58vol%。
金剛石/Cu復(fù)合材料、Cu-Sn-Ti鑄錠和Cu基體25℃時(shí)的TC
結(jié)果表明，金剛石/Cu復(fù)合材料的優(yōu)良結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其在低金剛石含量下獲得了高的TC，有望成為一種新型的電子器件散熱材料。
參考來(lái)源：
[1]太原理工大學(xué)-JAC: 法向鑲嵌金剛石棒的金剛石/銅復(fù)合材料的制備及散熱性能.先進(jìn)焊接技術(shù)
[2]徐薇等.電子封裝用高導(dǎo)熱金剛石/銅復(fù)合材料的研究進(jìn)展
[3]焦思佳.金剛石/銅復(fù)合材料界面調(diào)控與導(dǎo)熱性能研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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