Diam on d-Al復合材料的制備及性能研究.pdf

1、電子封裝材料的散熱能力是保證高功率電子元器件正常工作的關鍵性因素。Diamond/Al復合材料熱物理性能優(yōu)異，是未來先進熱管理材料的重點研究方向。本文以制備高熱導率Diamond/Al復合材料為目標，采用模壓成型結(jié)合氣壓浸滲制備Diamond/Al復合材料。討論了不同金剛石顆粒尺寸、品級和不同氣壓浸滲工藝對Diamond/Al復合材料熱物理性能的影響規(guī)律，研究分析了金剛石顆粒表面金屬化對 Diamond/Al復合材料熱導率以及微觀斷口形

2、貌的影響，最后對 Diamond/Al復合材料的環(huán)境適應性進行了考察，以期制備出導熱性能優(yōu)異的Diamond/Al復合材料以滿足未來市場對電子封裝材料的散熱需求。
　　采用模壓成型結(jié)合氣壓浸滲的方法制備了Diamond/Al復合材料，研究了不同金剛石顆粒尺寸、品級以及不同氣壓浸滲工藝對Diamond/Al復合材料熱物理性能的影響。研究結(jié)果表明：金剛石顆粒尺寸越大、品級越高，其制備的 Diamond/Al復合材料熱導率越高。將顆粒尺

3、寸約為450μm和50μm的兩種不同金剛石顆粒按照重量比7:3進行搭配制備的Diamond/Al復合材料熱導率達665.4 W/(m-K)，熱膨脹系數(shù)（2.7-4.0）×10-6/℃，金剛石體積分數(shù)72.5％。Diamond/Al復合材料的熱膨脹系數(shù)與抗彎強度也與金剛石顆粒尺寸密切相關，金剛石顆粒尺寸越小，熱膨脹系數(shù)越低，抗彎強度越大。氣壓浸滲過程中，隨浸滲溫度的提高和保溫時間的增長，Diamond/Al復合材料的熱導率均呈現(xiàn)先增大后降

4、低的趨勢。最佳的浸滲溫度和保溫時間分別是800℃和1 min。
　　采用磁控濺射法在金剛石顆粒表面制備了Mo涂層。研究了金剛石顆粒表面鍍Mo前后、鍍Mo后晶化熱處理對涂層成分及微觀形貌的影響，分析討論Mo涂層對Diamond/Al復合材料熱導率的影響。實驗結(jié)果表明：金剛石顆粒經(jīng)磁控濺射鍍Mo9h、12 h后的涂層厚度約為0.8-1.5μm，且隨著磁控濺射時間的增長，Mo涂層的厚度和粗糙度也隨之增加。鍍 Mo后晶化熱處理可使金剛石顆

5、粒表面非晶態(tài)的Mo原子轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的Mo原子結(jié)合，磁控濺射9 h金剛石經(jīng)800℃熱處理2 h后制備的Diamond/Al復合材料的熱導率為375.4 W/(m-K)。
　　采用反應擴散法在金剛石顆粒表面制備了W涂層，研究了鍍W反應時間和鍍W反應溫度對涂層成分及微觀組織形貌的影響規(guī)律，并對Diamond/Al復合材料的熱導率以及微觀斷口形貌進行分析和討論，最后對Diamond/Al復合材料的環(huán)境適應性進行了考察。隨鍍W反應時間的增長和

6、鍍W反應溫度的升高，逐漸由裸露、不完整的涂層轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蜻B續(xù)完整的W涂層。當鍍W反應時間為3h，鍍W反應溫度為1050℃時，Diamond/Al復合材料熱導率為538.6 W/(m-K)。金剛石顆粒表面金屬鍍層能夠消除選擇性粘附現(xiàn)象并改善界面結(jié)合，因此有鍍層的Diamond/Al復合材料微觀斷口并未發(fā)現(xiàn)有較多的縫隙和孔洞存在，斷裂方式以基體的斷裂為主。金屬鍍層的存在能夠有效抑制界面反應生成Al4C3，因此有金屬鍍層的Diamond/Al復