近日，哈工大從事金剛石/銅復合材料(liao)的(de)制備研究人員在材料(liao)科(ke)學國(guo)際期刊(kan)《Materials Letters》上題為Enhanced Thermal Conductivity and Thermal Shock Resistance in Diamond/Copper Composites through Diamond Surface Etching的(de)研究。

        金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)/銅(tong)(tong)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)憑(ping)借其優(you)異的(de)(de)(de)熱導率(lv)(lv)(lv)和可(ke)(ke)調控(kong)(kong)的(de)(de)(de)熱膨脹系數而(er)被廣泛關(guan)注。隨(sui)著先進(jin)電(dian)子器件發(fa)熱密度的(de)(de)(de)急劇升高(gao)，金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)/銅(tong)(tong)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)被寄予(yu)厚(hou)望，是(shi)替代主流的(de)(de)(de)鉬銅(tong)(tong)、鎢銅(tong)(tong)等電(dian)子封裝材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)有力競(jing)爭者。近年(nian)來(lai)隨(sui)著對金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)/銅(tong)(tong)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)持續不斷的(de)(de)(de)研發(fa)，其熱導率(lv)(lv)(lv)已經(jing)突破600 W/mK，熱膨脹系數(0 ℃-100 ℃)可(ke)(ke)以控(kong)(kong)制在6-12 ppm/K，理(li)論上是(shi)金(jin)(jin)(jin)屬基電(dian)子封裝材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)里綜合性能最優(you)異的(de)(de)(de)一類材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。然而(er)，隨(sui)著對金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)/銅(tong)(tong)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)研究(jiu)的(de)(de)(de)加深(shen)，金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)/銅(tong)(tong)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)暴露出了(le)嚴重缺(que)陷，即(ji)抗熱沖(chong)擊(ji)性能差（熱導率(lv)(lv)(lv)性能隨(sui)著熱沖(chong)擊(ji)循環次數增加而(er)急劇下降），這是(shi)該材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)所涉及(ji)的(de)(de)(de)應用場(chang)景無法(fa)接受的(de)(de)(de)缺(que)點。

        亮點研究

        1.通過金(jin)剛石表(biao)面鍍鎢并(bing)高溫(wen)二次(ci)煅燒，成功實現(xian)金(jin)剛石表(biao)面刻蝕(shi)處理。

        2.刻蝕處理顯著增強(qiang)了金剛(gang)石與銅之間的界面結合強(qiang)度。

        3.以刻(ke)蝕(shi)處(chu)理后的(de)金剛石(shi)為原(yuan)料制備的(de)金剛石(shi)/銅復合材(cai)料具有優良(liang)的(de)抗熱(re)沖(chong)擊(ji)性能，經600次熱(re)沖(chong)擊(ji)循環后，熱(re)導率相比未刻(ke)蝕(shi)由(you)514W/mK提升至597W/mK，熱(re)導率下(xia)降幅值由(you)18.2%降低(di)到6.4%。

       轉化與應用

       金剛石(shi)(shi)(shi)是自(zi)然界(jie)熱(re)(re)(re)導率最(zui)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)物(wu)質，其熱(re)(re)(re)導率高(gao)(gao)達(da)2000 W/m·K，銅(tong)及(ji)銅(tong)合(he)金具有較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)導率（350 W/m·K）及(ji)較(jiao)(jiao)好的(de)(de)(de)抗彎曲能(neng)力，因此，金剛石(shi)(shi)(shi)/銅(tong)復合(he)材料(liao)(liao)在具有較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)力學性(xing)(xing)能(neng)同時還有較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)導率。但(dan)金剛石(shi)(shi)(shi)與(yu)(yu)銅(tong)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)膨(peng)脹系數差異較(jiao)(jiao)大，在熱(re)(re)(re)循環的(de)(de)(de)過程(cheng)中界(jie)面(mian)處容(rong)易產生較(jiao)(jiao)大的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)應力導致界(jie)面(mian)裂紋(wen)與(yu)(yu)分層，而在航空(kong)航天(tian)領(ling)(ling)域(yu)與(yu)(yu)電子封裝領(ling)(ling)域(yu)等，復合(he)材料(liao)(liao)通常需要(yao)在極端溫(wen)度變化下長期(qi)穩定運行(xing)，使得熱(re)(re)(re)疲勞性(xing)(xing)能(neng)成為(wei)復合(he)材料(liao)(liao)得一個很(hen)重要(yao)性(xing)(xing)能(neng)。未來(lai)工業界(jie)高(gao)(gao)導熱(re)(re)(re)金剛石(shi)(shi)(shi)/銅(tong)復合(he)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)使用場景會越來(lai)越復雜，熱(re)(re)(re)疲勞性(xing)(xing)能(neng)直接決定了材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)可靠(kao)性(xing)(xing)與(yu)(yu)使用壽命。

       實驗室自主研發金(jin)剛(gang)石(shi)/銅(tong)復(fu)合材(cai)(cai)料系列(lie)產(chan)品，依(yi)托碳(tan)真芯(xin)材(cai)(cai)科(ke)技有限公(gong)司實現金(jin)剛(gang)石(shi)/銅(tong)復(fu)合材(cai)(cai)料量產(chan)，產(chan)能(neng)達500萬(wan)cm2/年，具有金(jin)剛(gang)石(shi)/銅(tong)復(fu)合材(cai)(cai)料鍍覆、成(cheng)形、加(jia)工、全流程工藝技術與生(sheng)產(chan)能(neng)力(li)。