高导热金刚石/Al复合材料界面设计与近净形成形研究

高体分比金刚石/铝复合材料因具有优异的导热性、较小的热膨胀系数以及较低的密度，被认为是航空航天领域高性能电子装备用最有发展前景的新一代封装材料之一。本项目针对该材料面临的界面热阻高及难加工成形的问题，以建立高含量金刚石颗粒-铝复合材料零件的粉末注射成形－熔浸制备技术为目标，通过研究金刚石-铝间的界面行为和表面改性原理，揭示复合材料中界面结构对界面热阻的影响规律及机理，探索改善金刚石-铝间润湿性、增强界面结合力以及减少界面热阻的有效途径；通过研究金刚石颗粒注射成形流动充模过程、成形坯烧结过程中孔隙的变化规律以及铝熔渗规律，为发展高体积分数金刚石-铝复合材料零件的近净形制造技术奠定理论和技术基础。该研究成果对于促进高性能金刚石/铝材料的应用，满足先进武器装备和现代电子工业发展的需要具有重要意义。

高体分比金刚石/铝复合材料因具有优异的导热性、较小的热膨胀系数以及较低的密度，被认为是航空航天领域高性能电子装备用最有发展前景的新一代封装材料之一。本项目针对该材料面临的界面热阻高及难加工成形的问题，开展了金刚石/Al复合材料的界面设计及金刚石粉末注射成形-Al熔浸技术近净成形制备高体分比金刚石/Al的相关研究工作。.项目采用金刚石表面镀覆Ti金属以及Al基体添加Si进行合金化两种方法对金刚石/Al的界面进行研究，结果表明两种方法均能显著改善金刚石与Al的界面结合，降低二者的界面热阻。采用金刚石表面镀Ti的方法改善其与Al的界面结合时Ti镀层的厚度为0.7-1μm时金刚石/Al复合材料的导热率最高，为497W/m•K；若采用Al基体添加Si的方法改善金刚石与Al的界面结合时，Si的最佳添加量为12%，此时复合材料的导热率明显高于金刚石表面镀Ti的方法，达到602 W/m•K，这主要是由于采用Al-Si合金时获得的复合材料的界面热阻更低，从而复合材料表现出更高的导热率。.项目对金刚石的粉末注射成形工艺进行了研究，包括粘结剂成分设计以及注射工艺参数对坯体质量的影响等。研究结果表明，采用成分为70%PW+25%PEG+5%SA的粘结剂时所获得喂料具有优异的综合流变性能。对应的最佳注射工艺为注射温度160-170℃，注射压力为60-75Mpa，在此条件下，可以得到较为完美的注射坯。.项目对于多孔金刚石坯体压力熔渗Al合金的工艺进行了研究，研究结果表明当熔渗温度为720-740℃、熔渗压力12-15MPa、保温保压时间15min时，所获得复合材料性能最高，其致密度超过99.6%，导热率超过600W/m•K，尺寸精度达到±0.3%，气密性＜5×10-9Pa.m3 .s-1，热膨胀系数为6-7.0×10-6/K，综合性能指标能够满足大功率微波器件对于封装和散热材料的性能要求，有望替代传统的W/Cu和KOVAR合金在大规模集成电路领域获得广泛的应用。该研究成果对于促进高性能金刚石/铝材料的应用，满足先进武器装备和现代电子工业发展的需要具有重要意义。.此外，以本项目的相关研究成果为基础，在国内外发表学术论文6篇，其中SCI检索3篇，EI检索3篇，申请发明专利4项，其中2项获得授权，培养硕士研究生2名，博士研究生1名，顺利完成了课题的各项任务指标。