近日，哈工大從事金剛石/銅復合材(cai)料的制備研究(jiu)人員在材(cai)料科學國(guo)際期刊《Materials Letters》上題為(wei)Enhanced Thermal Conductivity and Thermal Shock Resistance in Diamond/Copper Composites through Diamond Surface Etching的研究(jiu)。

        金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)/銅(tong)復合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)憑借其優(you)(you)異的(de)熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)和可調控(kong)的(de)熱(re)(re)(re)(re)膨(peng)脹系數(shu)而(er)被廣泛關注(zhu)。隨(sui)著先(xian)進電(dian)子器件發(fa)熱(re)(re)(re)(re)密度的(de)急劇升高，金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)/銅(tong)復合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)被寄予厚望，是(shi)替代主流的(de)鉬(mu)銅(tong)、鎢銅(tong)等電(dian)子封裝材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)有力競爭者。近年來隨(sui)著對(dui)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)/銅(tong)復合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)持(chi)續不斷的(de)研(yan)發(fa)，其熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)已經突(tu)破600 W/mK，熱(re)(re)(re)(re)膨(peng)脹系數(shu)(0 ℃-100 ℃)可以控(kong)制在6-12 ppm/K，理論上是(shi)金(jin)(jin)屬基電(dian)子封裝材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)里綜合(he)性能(neng)最優(you)(you)異的(de)一類材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。然而(er)，隨(sui)著對(dui)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)/銅(tong)復合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)研(yan)究的(de)加(jia)深，金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)/銅(tong)復合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)暴露出(chu)了嚴重缺陷，即抗熱(re)(re)(re)(re)沖(chong)擊(ji)性能(neng)差（熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)性能(neng)隨(sui)著熱(re)(re)(re)(re)沖(chong)擊(ji)循環(huan)次數(shu)增加(jia)而(er)急劇下降），這是(shi)該材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)所涉及的(de)應用場景無法接(jie)受的(de)缺點。

        亮點研究

        1.通過金剛石表面鍍鎢并高溫二(er)次煅燒，成(cheng)功實現金剛石表面刻蝕處理。

        2.刻蝕(shi)處理顯著增(zeng)強了金剛石與銅之(zhi)間的界面結合(he)強度。

        3.以刻(ke)蝕(shi)處理后(hou)的(de)金剛石(shi)為原料制備的(de)金剛石(shi)/銅(tong)復合材(cai)料具有優良的(de)抗熱(re)沖擊(ji)性能(neng)，經600次(ci)熱(re)沖擊(ji)循環后(hou)，熱(re)導率相比未刻(ke)蝕(shi)由(you)514W/mK提升至597W/mK，熱(re)導率下降幅值由(you)18.2%降低到6.4%。

       轉化與應用

       金(jin)剛(gang)(gang)石是自然界熱(re)(re)導(dao)(dao)率(lv)(lv)最高的(de)物質，其熱(re)(re)導(dao)(dao)率(lv)(lv)高達2000 W/m·K，銅(tong)及銅(tong)合(he)金(jin)具有較(jiao)(jiao)高的(de)熱(re)(re)導(dao)(dao)率(lv)(lv)（350 W/m·K）及較(jiao)(jiao)好的(de)抗彎(wan)曲能(neng)力(li)，因(yin)此，金(jin)剛(gang)(gang)石/銅(tong)復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)在(zai)(zai)具有較(jiao)(jiao)高的(de)力(li)學性(xing)能(neng)同時還有較(jiao)(jiao)高的(de)熱(re)(re)導(dao)(dao)率(lv)(lv)。但金(jin)剛(gang)(gang)石與銅(tong)的(de)熱(re)(re)膨(peng)脹系數差異較(jiao)(jiao)大(da)(da)，在(zai)(zai)熱(re)(re)循環(huan)的(de)過程中界面(mian)處容易產(chan)生(sheng)較(jiao)(jiao)大(da)(da)的(de)熱(re)(re)應(ying)力(li)導(dao)(dao)致界面(mian)裂紋(wen)與分層，而在(zai)(zai)航空航天領域與電子(zi)封裝領域等(deng)，復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)通常需要(yao)在(zai)(zai)極(ji)端(duan)溫度變化下長期穩定(ding)運行，使得(de)熱(re)(re)疲勞(lao)性(xing)能(neng)成為(wei)復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)得(de)一個(ge)很重要(yao)性(xing)能(neng)。未來(lai)工業界高導(dao)(dao)熱(re)(re)金(jin)剛(gang)(gang)石/銅(tong)復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)使用(yong)場景(jing)會越來(lai)越復(fu)(fu)(fu)雜，熱(re)(re)疲勞(lao)性(xing)能(neng)直接決(jue)定(ding)了材(cai)(cai)料(liao)的(de)可靠(kao)性(xing)與使用(yong)壽命。

       實驗室自主(zhu)研發金剛(gang)(gang)石/銅(tong)復(fu)合材料(liao)系列產(chan)(chan)(chan)品(pin)，依托(tuo)碳真芯材科技有限公司(si)實現金剛(gang)(gang)石/銅(tong)復(fu)合材料(liao)量產(chan)(chan)(chan)，產(chan)(chan)(chan)能達(da)500萬cm2/年(nian)，具有金剛(gang)(gang)石/銅(tong)復(fu)合材料(liao)鍍覆、成(cheng)形(xing)、加(jia)工、全(quan)流程(cheng)工藝(yi)技術與生產(chan)(chan)(chan)能力。