中國粉體網訊 近日，太原理工大學材料科學與工程學院馬永等在Journal of Alloys and Compounds上發表題為“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/銅復合材料的制備及散熱性能）的文章。該研究設計了一種高導熱的新型金剛石/銅復合材料。
金剛石/銅復合材料已成為高效散熱的理想方案
隨著科學技術的進步，航空航天、工業、國民生產及其他許多領域的電子設備愈加趨向小型化，多功能化和集成化方向發展，在單位體積功率密度提高時，會產生大量熱量。如今傳統的散熱材料已經不能滿足高功率器件對電子設備散熱的需求，散熱問題已經成為限制這些行業發展的一個關鍵因素。
由于具有特有的碳結構，金剛石是目前已知的在自然界中存在的最堅硬的物質, 莫氏硬度達到10, 同時也是自然界中導熱系數最高的物質之一, 導熱系數高達2.0～2.2 kW/(m·K)。銅的導熱、導電、延展性都較好, 熱導率為401 W/(m·K), 遠高于鋁、鉬等金屬, 并且價格低廉, 被廣泛應用于集成電路領域。綜合金剛石和銅的導熱性能，將金剛石與銅進行復合制備的金剛石/銅復合材料，不僅可滿足電子元器件對于導熱以及熱膨脹性能的要求，還具有良好的耐熱、耐蝕與化學穩定性，是一種極具應用前景的高性能熱管理材料。
金剛石/銅復合材料的制備方法很多, 提高復合材料熱導率的方法也很多, 其中最有必要的是要對兩者的界面進行改性。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過渡層對界面進行改性，也不能完全消除界面熱阻。到目前為止，各種方法制備的復合材料的TC大多在1000 W/（m·K）以下，仍遠低于金剛石。
金剛石棒代替金剛石顆粒
為此，太原理工大學研究團隊設計了一種新型的金剛石/銅復合材料，該材料具有高效的法向導熱通道。研究團隊用金剛石棒代替金剛石顆粒作為復合材料的主要導熱通道，保證了垂直方向更高效的導熱，有望以較低的金剛石含量獲得較高的導熱率。直接使用含Ti元素的活性釬料，省去了界面改性工藝，降低了生產時間和成本。此外，采用真空釬焊作為制備工藝，不僅保證了復合材料的質量，而且可以同時生產更多的復合材料。
(a)新型金剛石/Cu復合材料的三維示意圖; (b)單個鉆石棒插入單個孔中的金剛石/Cu復合材料的示意圖
數據顯示，實驗中三種金剛石/Cu復合材料樣品的TC值均高于純銅。此外，加入金剛石顆粒可以進一步提高復合材料的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復合材料、Cu-Sn-Ti鑄錠和Cu基體25℃時的TC
結果表明，金剛石/Cu復合材料的優良結構設計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。
參考來源：
[1]太原理工大學-JAC: 法向鑲嵌金剛石棒的金剛石/銅復合材料的制備及散熱性能.先進焊接技術
[2]徐薇等.電子封裝用高導熱金剛石/銅復合材料的研究進展
[3]焦思佳.金剛石/銅復合材料界面調控與導熱性能研究
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
