大规模集成电路的快速发展,使得电子部件的功率密度越来越高,传统的散热材料已经不能满足散热要求。目前人工合成金刚石技术已十分成熟,生产成本大幅下降,使人造金刚石在复合材料中大规模应用成为可能。将高热导、低膨胀的金刚石与高热导、高膨胀的铜进行复合制成金刚石/铜复合材料,已引起世界范围内的普遍关注。现在研究了金刚石和铜基钛合金、铬合金和钒合金的界面浸润性和界面连接强度,金刚石/铜复合材料中碳化铬界面层的形成、作用及界面优化,以及采用超高压技术制备出了高热导、低膨胀的金刚石/铜复合材料,但不适合大规模商业生产。由于铜和金刚石的界面不浸润,使得金刚石/铜复合材料界面连接强度较低,致密度不高,热导率也偏低。目前解决金刚石/铜复合材料界面问题的方法主要是在金刚石/铜复合材料中加入少量碳化物形成元素。加入方式有两种:一、铜合金化,在铜中加入碳化物形成元素制成铜合金;二、金刚石表面金属化,在金刚石表面镀上一层碳化物形成元素。现有研究采用化学微真空镀技术在金刚石颗粒表面镀钛,并研究钛镀层、烧结温度以及金刚石颗粒体积分数对金刚石/铜复合材料热导率的影响。
金刚石颗粒表面镀钛,能够有效改善金刚石/铜复合材料的界面浸润性,降低孔隙率,提高金刚石/铜复合材料的热导率。烧结温度为980℃时,能够制得高致密度、高热导率的金刚石/铜复合材料。高热导金刚石颗粒体积分数的增加,使铜不能充分填充金刚石颗粒之间的空隙,降低金刚石/铜复合材料的致密性,致使铜基体在金刚石/铜复合材料中的有效热导率降低。因此在高热导金刚石体积分数和孔隙率同时增加的共同作用下,金刚石/铜复合材料的整体热导率出现先增加后降低的趋势。(欣然)