论文部分内容阅读
近年来,随着电子设备小型化和高功率密度化的快速发展,解决芯片散热问题成为电子信息行业发展的研究热点。在此背景下,高性能金属基复合导热材料被广泛研究。尽管高导热材料经历了Invar/Kovar合金、W（Mo）-Cu合金、陶瓷/金属基复合导热材料等发展阶段,但是仍然满足不了人们对各种新型电子设备的高散热需求。金刚石增强金属基复合导热材料拥有更高的热导率,为高功耗电子器件的有效散热带来了新的希望。同金刚石增强铜基复合导热材料相比,金刚石增强铝基复合导热材料具有制备简便、密度低和成本低等显著的优势,因此有望成为未来新型散热材料之一。本论文采用真空热压法和高温高压法两种技术制备金刚石/铝复合导热材料,旨在提高复合材料的导热性能。具体内容如下:（1）真空热压法制备金刚石/铝复合材料利用真空热压法探究了金刚石/铝复合材料的最佳制备工艺,并对复合材料的性能进行表征。当金刚石（200μm）的体积分数为50 vol%时,最佳的制备工艺为在温度650℃下保温120分钟,此时复合材料的致密度达到99%、热导率达到566 W/m K、热膨胀系数为7.2～12.6×10-6/K。在制备工艺和金刚石含量一定的情况下,随着金刚石颗粒尺寸从20μm增大到500μm,复合材料的热导率从286 W/m K提高到678 W/m K。与利用未经处理的金刚石制备的复合材料相比,金刚石颗粒表面预先包覆一层金属铝,可以在一定程度上提高复合材料的致密度和热导率,并可以缩短复合材料的制备周期。（2）高温高压法制备金刚石/铝复合材料探究了高温高压法制备金刚石/铝复合材料的工艺,通过利用放电等离子体烧结对金刚石颗粒表面分别包覆钛、钨、硼,研究金刚石颗粒表面不同包覆层对高温高压法制备的复合材料性能的影响机制。在较宽的制备压力（1GPa-4GPa）和温度（500℃-700℃）范围内,当金刚石（200μm）的体积分数为50 vol%时金刚石/铝复合材料的热导率在69-151 W/m K之间。这表明,在1-4GPa范围内高压无法提高金刚石与铝基之间的润湿性和复合材料的导热能力。利用放电等离子体烧结技术对金刚石表面进行包覆处理,通过调节烧结温度和时间,分别在金刚石表面生成了不同厚度的Ti和Ti C包覆层、WC和W2C包覆层、B4C包覆层。通过对金刚石表面进行包覆处理,金刚石/铝复合材料的热导率得到不同程度的提升。镀钛可以将该复合材料的热导率提高到529 W/m K,热膨胀系数降低到8.9×10-6/K。同样,镀钨和镀硼也可以将该复合材料的热导率分别提高到335 W/m K、399 W/m K。结果表明,利用高温高压法结合金刚石颗粒表面包覆处理,可以在短时间内制备出具有高热导率、低热膨胀系数的金刚石/铝复合导热材料。