金刚石/铜复合材料的界面表征及调控研究

【摘要】近年来电子散热问题在国际上引起了很高的重视与关注,主要由于电子元器件不断向微型化、多功能化及轻薄短小化的方向发展,使电子元件的相对热流量与发热量越来越高,这就对器件的散热性提出了更高的要求。然而电子散热问题的关键在于高效导热,热管理用高导热复合材料的研究,可以有效的解决这一难题。高导热复合材料中界面是其薄弱环节,也是影响其性能的关键因素,因此金刚石/铜(Diamond/Cu)复合材料的界面表征及调控工作具有重要的意义。本文以Diamond/Cu复合材料为研究对象,运用压力熔渗法制备Diamond/Cu复合材料,对其界面进行深入系统研究,并分析不同界面类型对Diamond/Cu复合材料热物理性能的影响。通过减少Diamond/Cu复合材料的界面数量、控制Diamond/Cu复合材料界面杂质残留量、高压熔渗制备完美界面的Diamond/Cu复合材料,初步实现界面调控,为Diamond/Cu复合材料界面设计奠定基础。压力熔渗Diamond/Cu复合材料,当基体合金化元素为Cr0.8wt%时,Diamond/Cu复合材料界面结合强度最佳。Cr与Diamond发生界面反应生成的少部分碳化铬以鳞片状离散分布于近界面区铜基体中,大部分碳化铬在界面处堆积为层状,其厚度大约为397nm。此碳化铬层在靠近金刚石端为Cr3C2,靠近铜端为Cr7C3。选用II粘结剂的Ⅱ-Diamond/CuCr1.8%复合材料的热导率较高,为595W/m·K。Ⅰ-Diamond/CuCr0.8%复合材料与Ⅱ-Diamond/CuCr0.8%复合材料的抗弯强度分别为501MPa,556MPaoⅡ-Diamond/CuCr0.5%复合材料,Ⅰ-Diamond/CuCr0.8%复合材料,Ⅱ-Diamond/CuCr0.8%复合材料的界面热阻比为2.41：2.16：1。通过改变金刚石粒度大小,调控Diamond/Cu复合材料的界面数量,实现调节其界面热阻。金刚石粒度分别为80μm、180μm时,B-Diamond/Cu复合材料的界面热阻为2.165×10-8m2K/W,是A-Diamond/Cu复合材料热阻(3.058×10-8m2K/W)的0.71倍。另外,Ⅲ-Diamond/Cu复合材料,实现无添加粘结剂,其热导率为620W/m·K。Ⅲ-Diamond/Cu复合材料的界面热阻为1.891×10-8m2K/W,是Ⅰ-Diamond/Cu复合材料界面热阻(5.625×10-8m2K/W)的0.34倍,是Ⅱ-Diamond/Cu复合材料界面热阻(2.598×10-8m2K/W)的0.73倍。利用高压熔渗制备出完美界面的Diamond/Cu复合材料,部分金刚石实现聚晶,形成导热通道,颗粒间的晶界热阻取代了部分界面热阻,从根本上降低了界面热阻。Diamond/CuCr0.8%复合材料与Diamond/CuNi30%复合材料的热导率都高达700W/m-K,650W/m-K。
【作者】王鹏鹏；
【导师】郭宏；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】金刚石/铜复合材料；界面表征；热导率；界面调控；压力熔渗；高压熔渗；

【参考文献】
[1]宋小军.曲轴圆角滚压数控系统研究及基于Solidworks的运动仿真[D].西安理工大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[2]施瀚昱,郑水华,李嘉.热流密度对立式螺旋管内气液两相流摩擦阻力特性的影响[J].轻工机械,2013,06:26-29.
[3]徐诚.基于自主学习的复杂目标跟踪算法研究[D].湖北工业大学,机械制造及自动化,2013,硕士.
[4]孙志斌.超重力氨法烟气脱硫技术基础研究[D].中北大学,化学工程,2013,硕士.
[5]王根龙.基于用户可信度的抗攻击协同过滤算法的研究与应用[D].重庆大学,计算机系统结构,2014,硕士.
[6]郭文斌.C市粮食加工行业税负情况调查研究[D].西南交通大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[7]刘佳.我国民间借贷规范发展问题探讨[D].华中师范大学,西方经济学,2013,硕士.
[8]秦新新.模板法制备多孔聚合物材料及其吸附性能的研究[D].哈尔滨工业大学,材料学,2014,硕士.
[9]辜云杰,罗建勋,吴远伟,曹小军.川西云杉天然种群表型多样性[J].植物生态学报,2009,02:291-301.
[10]童世唯.煤粉燃烧中碳黑颗粒的辐射特性计算研究[D].华中科技大学,动力工程,2013,硕士.
[11]程鑫鑫.直驱式伺服阀直线力马达性能测试系统研制[D].哈尔滨工业大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[12]杨文国.牵连犯问题研究[D].中国政法大学,刑法学,2004,硕士.
[13]席保锋.基于数值模拟的下击暴流风荷载特性研究[D].重庆大学,土木工程,2014,硕士.
[14]梁学福.加工高硫高酸原油烷基化装置腐蚀监测及防腐技术研究与应用[D].兰州大学,化学工程,2014,硕士.
[15]徐小明.基于低频矩形波励磁电磁流量计的研究[D].浙江工业大学,2013.
[16]马永强.石墨烯量子点的制备及其在生物成像中的应用研究[D].兰州大学,2014.
[17]云美厚.关于“层状介质时移时差研究”一文的几点注记[J].石油地球物理勘探,2004,05:624-627+499-628.
[18]宛天巍.论客户关系管理系统的实现与建设重点[D].南京航空航天大学,2003.
[19]吴喜才.对纽约时报关于哥本哈根气候大会报道的批评性话语分析[D].南昌航空大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[20]钟秀娣.食品中苯并咪唑类农药的快速荧光分析方法研究[D].厦门大学,分析化学,2014,硕士.
[21]陈兴宇.应用单片机的30点温度巡检仪[J].冶金自动化,1991,04:52-54.
[22]谢晓彪.不同预紧力影响下高强螺栓摩擦型连接的有限元分析及试验研究[D].南昌大学,力学,2014,硕士.
[23]杨朗星.我国多中心环境治理法律问题研究[D].西南大学,民商法学,2013,硕士.
[24]陈光武.轨道交通安全计算机系统及安全控制机制关键技术研究[D].兰州交通大学,交通信息工程及控制,2014,博士.
[25]聂利彬.我国保障性住房融资模式研究[D].山东财经大学,社会保障,2014,硕士.
[26]黄琼,骆宝丞.高校学风建设现状调查分析报告——以浙江工业大学为例[J].今日中国论坛,2013,21:352-353.
[27]郝金振.公共体育篮球课程对普通大学生运动参与动机的影响研究[D].华东师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[28]张宏.蚕豆皮原花青素制备及其抗氧化活性研究[D].武汉工业学院,食品科学,2012,硕士.
[29]汤鹏.类石墨烯二硫化钼的制备及其光电器件研究[D].南京邮电大学,2013.
[30]周婧.动态锦标赛中信息反馈策略对代理人行为影响的实验研究[D].重庆大学,企业管理,2014,硕士.
[31]邓富求.山区纵、横波联合勘探的资料解释[J].石油地球物理勘探,1992,05:617-629+694.
[32]陈燕.基于射频识别技术的引信装定系统设计[D].南京理工大学,武器系统与运用工程,2013,硕士.
[33]宋秋艳1,陈根祥2,赵明根3,李桐1.咔唑-苯并噻唑类衍生物薄膜的线性及非线性光学性质[J].光子学报.
[34]高尚.异形塔索辅体系斜拉桥抗震优化研究[D].吉林大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[35]陈志.MiR-205在肾透明细胞癌中的表达及作用机制研究[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[36]郝万晓.RASSF1A基因甲基化在晚期卵巢上皮性恶性肿瘤中的意义[D].山东大学,妇产科学,2013,硕士.
[37]孙丽.基于OLAP的多维数据金融系统的研究与实现[D].杭州电子科技大学,计算机技术,2013,硕士.
[38]朱珍德,渠文平,蒋志坚.岩石细观结构量化试验研究[J].岩石力学与工程学报,2007,07:1313-1324.
[39]赵玲玲.信息不平等相关问题研究[D].黑龙江大学,图书馆学,2013,硕士.
[40]刘然.社会化媒体时代人际传播的“复兴”[D].华中科技大学,新闻与传播学,2013,硕士.
[41]王西建.轻型汽车神经网络非线性解耦底盘集成控制研究[D].吉林大学,车辆工程,2013,硕士.
[42]简占东.福建教会教育及其对福建教育现代化的影响[D].华东师范大学,教育学原理,2002,硕士.
[43]李仁鹏.馆藏成果地质资料二次开发服务研究[D].中国地质大学（北京）,公共管理,2014,硕士.
[44]王平.完善我国个人所得税费用扣除标准的研究[D].江西财经大学,财政学,2013,硕士.
[45]徐森,卢志茂,顾国昌.文本聚类集成问题中的谱算法[J].控制与决策,2009,08:1277-1280.
[46]李艺洋.基于绿色建筑理论的低成本建筑立面设计研究[D].浙江工商大学,设计艺术学,2014,硕士.
[47]梁红.重庆植烟土壤肥力特征及评价[D].西南大学,植物营养学,2014,硕士.
[48]敖琳.小鼠毒理基因芯片在化学促癌研究中的初步应用[D].第三军医大学,2005.
[49]刘大松.草鱼肉在微冻和冰藏保鲜中的品质变化及其机理[D].江南大学,食品科学,2012,硕士.
[50]云南石油地质调查大队仪修组.用磁带地震仪的马达电源烧电烙铁[J].石油地球物理勘探,1978,05:81-82.