隨著電子器件不斷向小型化、高功率方向發展，芯片和功率模塊的散熱問題日益突出。高導熱封裝材料成為電子產業的關鍵瓶頸之一。在眾多候選材料中，金剛石/鋁（diamond/Al）復合(he)材(cai)料因其低(di)(di)密度、高導熱率、可調熱膨脹(zhang)系數而(er)備(bei)受關(guan)注。然(ran)而(er)，該類材(cai)料在界面上容易生成 Al?C?相，不僅(jin)降低(di)(di)穩定(ding)性(xing)，還(huan)會在潮濕環(huan)境下(xia)發生水(shui)解，導致性(xing)能迅速(su)衰退。

       突破點：在金剛石表面構建均勻SiC界面層

       為(wei)解決上述難題，湖(hu)南(nan)大學(xue)團隊(dui)提出了一種新方法：

       先利用 ;磁控濺射 在金剛石顆粒表(biao)面沉(chen)積一層均(jun)勻的硅（Si）預設層；

       再通過真空退火，使Si逐步轉化為碳化硅（SiC）；

   ;    最(zui)終與鋁基體通過壓力浸滲結合，形成穩定的復(fu)合材料。

       這一(yi)策略避免(mian)了(le)金剛(gang)石與鋁(lv)直接(jie)接(jie)觸，有效抑制了(le)Al?C?的(de)大量(liang)生成，同時(shi)通過SiC層改善聲子匹配(pei)，顯著(zhu)提升了(le)界面熱導。相關(guan)成果以“Preparation of homogeneous SiC coating on diamond  particles by magnetron sputtering for diamond/Al

       composites with high thermal conductivity”為題，發(fa)表在(zai)《Ceramics International》期刊上。

       實驗結果與機理

       研究(jiu)團隊(dui)系統(tong)考察了硅(gui)預設層在(zai)不同(tong)退火溫度下的(de)相變(bian)過程，發現其(qi)演變(bian)順序為非晶態Si、晶態Si、Si+SiC共存，最終在(zai)1300℃下完全轉化為均勻致密的(de)SiC層。這(zhe)一SiC涂層厚度約為400納米，與金剛石(shi)(shi)結合牢固，即(ji)使在(zai)高(gao)溫下也不會開裂或剝落。相應(ying)地，界面結構由傳統(tong)的(de)“金剛石(shi)(shi)–Al?C?–鋁”逐漸轉變(bian)為“金剛石(shi)(shi)–SiC–少量分(fen)散Al?C?–鋁”，形成了更穩定且有(you)利于熱傳導的(de)通道。

       在優化后的(de)(de)界面作用(yong)下，復合材料的(de)(de)導(dao)熱率實(shi)現了顯著提升(sheng)。實(shi)驗結果顯示(shi)，最高熱導(dao)率達到了723 W·m?1·K?1，超越了傳統制(zhi)備工(gong)藝所得的(de)(de)水平。同時，由于SiC涂層能夠有效抑制(zhi)Al?C?的(de)(de)生成(cheng)，這類復合材料在濕(shi)熱環(huan)境中(zhong)也展現出更好的(de)(de)穩定性(xing)，避(bi)免(mian)了因水解造成(cheng)的(de)(de)性(xing)能衰減。

       意義與展望

       總體(ti)而(er)言，該研(yan)究提(ti)出(chu)的(de)“磁控濺射+真(zhen)空退火(huo)”工藝為金剛(gang)石/鋁復合材料(liao)界(jie)面(mian)的(de)設計提(ti)供(gong)了一種(zhong)新思路。通過(guo)在金剛(gang)石表(biao)面(mian)構建均勻(yun)、穩(wen)定的(de)SiC化學鍵合層，研(yan)究團隊有(you)效解決了界(jie)面(mian)反(fan)應(ying)和熱穩(wen)定性問(wen)題，為下一代高功率電子器件(jian)的(de)散熱封裝材料(liao)開(kai)發提(ti)供(gong)了重要參考。