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金刚石/铝复合材料的国内研究现状中国矿业大学(北京)材料系辛军伟金刚石/铝复合材料的制备方法主要有液态浸渗法和粉末冶金法两大类。其中,粉末冶金法主要有放电等离子烧结法和高温高压烧结法;液态浸渗法又包括无压浸渗法、气体压力浸渗法、挤压铸造法。国内关于金刚石和金属的复合材料的研究,有一大部分的研究工作是将金刚石复合材料作为超硬材料和刀具材料来看待,主要精力在于研究金刚石复合材料的硬度、成型工艺、耐磨性等方面,即金刚石和金属复合材料刀具和耐磨用具的制造加工。对于金刚石/铝复合材料作为新型导热功能材料的研究,国内有北京航空材料研究院、北京科技大学、北京有色金属研究总院、中南大学等单位有相关的科研结果报道。制备金刚石/铝复合材料仍然存在许多难点,例如铝对金刚石的润湿性不够好,高温下金刚石有石墨化的倾向,铝可能会与金刚石反应等,这些因素均会导致材料的综合性能下降。因此,调节好铝和金刚石的比例,控制好制备过程中的工艺参数等,在改善金刚石与金属润湿性的同时,减小其界面热阻,对于获得稳定的高性能复合材料有十分重要的影响。1、冯号,于家康,薛晨等.电子封装用金刚石/铝复合材料的显微组织与热膨胀性能[J],2010,19(4):59-62中南大学冯号等人,用AlSi7合金做金属基体,用化学气相沉积法制备表面镀层,在750℃和6~7Pa的真空镀下微镀钛30min。通过气相沉积钛和金刚石表面碳反应生成碳化钛镀层。采用气体压力浸渗法制备出了金刚石/铝复合材料。但仅就其热膨胀系数进行研究,获得金刚石/铝复合材料的热膨胀系数在7.0×10-6~8.5×10-6之间。2、陈惠,李尚劼,贾成厂等.金刚石粒径对高温高压法制备金刚石-铜复合材料性能的影响[J].复合材料制备与工艺,503-506北京科技大学陈惠等人,本文采用高温高压法制备了金刚石-铜复合材料,分析了不同金刚石粒径对复合材料的微观组织、致密度和热导率性能的影响规律。结果表明:超高压法能够制备出致密度高达99%的金刚石-铜复合材料。随着金刚石粒径的增大复合材料热导率显著提高。当粒径为500~600μm时,热导率最高达318.7W/(m·K),高于传统电子封装材料的热导率,能够很好地满足高发热密度电子封装材料散热的要求。3、刘永正.金刚石/铝复合材料影响因素研究[J].超硬材料工程,2009,21(5):15-17北京航空材料研究院刘永正采用无压浸渗法制备了金刚石/铝复合材料,研究了浸渗温度、金刚石粒径、体积分数等因素对复合材料热导率的影响,在浸渗温度800℃下制备出热导率为298W/m.K、密度为3.17g/cm3的金刚石/铝复合材料。4、郭静,孙久姗,孙璐等.铝-金刚石双相连续导热复合材料的制备[J].粉末冶金工业,2010,20(3):17-20北京科技大学郭静等人,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备出了密度为3.05g/cm3的铝-金刚石双相各自连续复合导热材料。但仅就制备方法和连续复合化工艺进行探讨。5、夏扬,谢元峰,宋月清等.高温高压烧结金刚石-铜复合材料的研究[J].金刚石与磨料磨具工程,2010,30(6):44-49北京科技大学夏扬等人,利用高温高压烧结工艺制备热导率高达639W/m.K的金刚石-铜复合材料。研究金刚石粉末颗粒大小、烧结温度、烧结时间对金刚石-铜复合材料成分、形貌和热导率的影响。6、淦作腾,任淑彬,沈晓宇等.放电等离子烧结法制备金刚石/Cu复合材料[J].粉末冶金材料科学与工程,2010,15(1):59-63北京科技大学淦作腾等人,采用放电等离子烧结法(SPS)制备改性金刚石/Cu复合材料,其热导率达到503.9W/(m·K)。金刚石表面镀覆金属Cr,可改善金刚石表面性能,提高金刚石和基体的结合状况,降低总的界面热阻,最终使得材料的热导率大大提高。7、YANGBo,YUJia-kang,CHENChuang.MicrostructureandthermalexpansionofTicoateddiamond/Alcomposites[J].TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina,2009(19):1167-1173西北工业大学杨博等人,采用气体压力浸渗法制备了一种镀Ti金刚石/铝复合材料,镀钛金刚石的体积分数为50%左右,其热膨胀系数为5.07×10-6K-1-9.27×10-6K-1。研究了金刚石/铝复合材料的断裂机理,认为基体断裂是其主要断裂方式。8、张毓隽,童震松,沈卓身.SPS方法制备铜/金刚石复合材料[J].北京科技大学学报,2009,30(8):1019-1023北京科技大学张毓隽等人,采用SPS法制备了金刚石/铜复合材料,热导率却高出50%,达到了305W.m-1.K-1,该复合材料的热膨胀系数也在与GaAs等常见半导体材料相匹配的范围内。9、刘永正,崔岩.超高导热金刚石/铝复合材料研究[J].功能材料,2010年论文集:439-441北京航空材料研究院刘永正等人,采用无压浸渗技术制备了一种金刚石/铝复合材料,其热导率可达559W/(m.K),线膨胀系数为4.37×10-6K-1。铝合金中的Si元素在界面处聚集,有利于控制界面反应。10、刘永正.电子封装用金刚石/金属基复合材料研究进展[J].功能材料,2009年增刊40卷:440-443北京航空材料研究院刘永正等人,总结了金刚石/金属基复合材料研究进展金刚石/金属复合材料拥有高的热导率,低的热膨胀系数,是最有发展潜力的电子封装材料之一。但目前高导热金刚石/金属复合材料制备技术仅被极少数研究机构所掌握,并且存在许多问题有待解决。11、王新宇,于家康,朱晓敏.镀TiC金刚石/铝复合材料的热膨胀性能[J].特种铸造及有色合金,2011,31(11):1046-1049西北工业大学王新宇等人,采用气压浸渗法制备了金刚石体积分数为65%的铝基复合材料,分析了复合材料的显微组织并对热膨胀系数CTE进行了测试,研究了镀TiC金刚石/铝复合材料的热膨胀性能。结果表明,金刚石颗粒在铝合金基体中分布均匀,组织致密;TiC镀层有效地改善了金刚石颗粒与铝合金基体间选择性粘结现象,增强了金刚石与基体间的界面结合;镀TiC使复合材料热膨胀系数明显降低,Turner模型和Kerner模型的均值可以预测其热膨胀系数,而对于未镀层的复合材料则可以用Kerner模型进行预测。12、夏扬,宋月清,林晨光等.界面对热沉用金刚石-Cu复合材料热导率的影响[J].人工晶体学报,2009,38(1):170-174北京有色金属研究院夏扬等人,用特殊粉末冶金技术制备了金刚石/Cu复合材料。用SEM、拉曼光谱、EDS分析了复合材料的界面状态,用激光闪光法测量复合材料常温下的热导率。结果表明:在最佳工艺参数下,复合材料热导率可达570W/(m.K);烧结时添加适量的钴可极大促进金刚石与铜之间的粘结;钴向金刚石中的扩散及其在铜熔液中的固溶,使金刚石与铜之间形成过渡层;过渡层可增强金刚石与铜基体过渡界面的相容性,降低界面热阻;金刚石骨架的形成有助于获得超高热导率。13、马双彦,王恩泽,鲁伟员等.金刚石/铜复合材料热导率研究[J].材料热处理技术,2008,37(4):36-38西南科技大学马双彦等人,采用高温高压法制备出金刚石/铜复合材料,并对复合材料的显微组织及性能进行了研究。结果表明,采用高温高压法制备的金刚石/铜复合材料,组织致密;复合材料的热导率随金刚石含量的增加而下降,这主要是由于界面热阻对复合材料热导率的影响。14、宋月清,夏扬,谢元峰等.金刚石热管理材料的研究进展[J].超硬材料工程,2010,22(1):1-8北京有色金属研究院宋月清等人,总结了金刚石热管理材料的研究进展。金刚石热管理材料已成为目前电子工业理想的散热材料之一。文章综述了金刚石热管理材料的研究现状和发展趋势,分析了影响金刚石热管理材料热导率的相关因素。结合复合材料热导率模型和实验研究,探讨金刚石-金属界面导热机制,提出了形成粘结强度高、界面热阻低的金刚石-金刚石有效导热通道有助于获得高导热封装材料。金刚石热管理材料在电子领域的应用前景广阔。15、孙国雄,廖恒成,潘冶.颗粒增强金属基复合材料的制备技术和界面反应与控制[J].特种铸造及有色合金,1998年2月:12-1716、方针正,林晨光,张小勇等.新型电子封装金刚石/金属复合材料的组织性能与应用[J].材料导报,2008,22(3):36-4317、夏扬,宋月清,崔舜等.热管理材料的研究进展[J].材料导报,2008,22(1):4-718、高文迦,贾成厂,褚克等.金刚石/金属基复合新型热管理材料的研究与进展[J].材料导报,2011,25(2):17-26国内英文论文[1]CHUKe,JIAChengchang,LIANGXuebingetc.EffectofparticlesizeonthemicrostructureandthermalconductivityofAl/diamondcompositespreparedbysparkplasmasintering[J].RAREMETAls,Vol.28,No.6,Dec2009:646-650本文应用等离子放电烧结SPS法制备金刚石/铝复合材料。结合试验,对金刚石颗粒对复合材料的微观结构和热导率的影响进行了模拟计算。结果表明。40微米和70μm颗粒的金刚石的复合材料的热导率高达325W/(m.K).[2]J.Shi,R.C.Che,C.Y.Liangetc.Microstructureofdiamond/aluminumcompositesfabricatedbypressurelessmetalinfiltration[J].Composites:PartB,42(2011):1346-1349[3]见中文论文【7】[4]C.Xue,J.K.Yu,X.M.Zhu.Thermalpropertiesofdiamond/SiC/Alcompositeswithhighvolumefractions[J].MaterialsandDesign32(2011):4225-4229西北工业大学于家康等人,应用气体压力浸渗法制备了一种金刚石、SiC增强的铝基复合材料。金刚石和SiC颗粒体积分数高达66.7%-80%。[5]ZhensongTong,ZhuoshenShen,YujuanZhang.Aluminum/DiamondCompositesandTheirApplicationsinElectronicPackaging[R].1-4244-1392-3(2007):IEEE本文讲述了金刚石/铝复合材料的优异性能及其作为电子封装材料的发展。气体压力浸渗和挤压铸造方法是有效地制备方法。论述了复合材料的微观结构和界面反应。尽管界面处Al4C3的生成影响了材料的热导率。
本文标题:金刚石-铝复合材料的研究现状
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