一种新型金刚石增强铜基复合材料增材制造工艺

热管理博览会 2023年7月4日浏览：1729

来源 | Journal of Materials Research and Technology

背景介绍

近年来，随着微电子技术和第三代半导体技术的进步，现代电子器件正朝着高度集成化、多功能化和高功率化的方向发展。然而，这种发展也带来了一个严重的问题，即器件发热量的急剧增加。这个问题直接影响到电子器件的工作稳定性、安全可靠性和使用寿命。在我国核心技术产业发展中，尤其是在电子信息和通信领域，散热问题已经成为一个瓶颈。

为了解决电子器件的散热问题，需要先进的热管理材料和制备技术。其中，金刚石增强铜基复合材料是目前应用最广泛的热管理材料之一。这种复合材料利用金刚石强化相的高热导率和低热膨胀系数，以及铜基体材料的优异导热导电性能和良好的机械加工性能，具有很多优势。因此，在航空航天、电子器件和国防军用等高端技术领域，金刚石增强铜基复合材料得到了广泛应用。

目前，金刚石增强铜基复合材料的制备主要采用固态制备方法和液态制备方法。这些方法需要在高温高压的条件下进行，不仅制造成本高，而且制造效率低下。此外，复合材料样品的尺寸还受到加工模具和高温加热设备内部空间的限制。为了克服上述问题，超声波增材制造方法成为一种理想的选择。这种方法属于低温制造方法，具有加工温度低、工艺设计自由度高、清洁高效等优势。通过超声波增材制造方法，可以降低金刚石增强铜基复合材料的制造成本，并实现复杂几何形状的制造。

成果掠影

一种新型金刚石增强铜基复合材料增材制造工艺的图4

近期，哈尔滨工业大学张洪涛教授和何鹏教授带领的团队通过对金刚石增强相颗粒的表面金属化处理和空间位置约束，并在超声波低温固结技术下实现了金刚石强化相颗粒在层压复合材料中稳定存在及其复合材料的自由成形和加工制备。该研究采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、聚焦离子束（FIB）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）分析了cr-金刚石与铜基质的微观结构和界面构型。此外，利用电子后向散射衍射（EBSD）方法评价了cr-金刚石颗粒周围基体的微观结构演化。结果表明，铬-金刚石由于剧烈的塑性变形，与基体形成了良好的固体粘合。Dia/Cu复合材料的导热系数为428.07 ± 3.3W/mK，金刚石体积分数为8.8%。这一工艺的研究为低温、低压、自由设计和开放的颗粒增强金属基体复合材料的制造开辟了新的途径。相关研究成果以Microstructure and interface evolution of diamond/Cu composites prepared via ultrasonic additive manufacturing”为题发表于《Journal of Materials Research and Technology》。