استفاده از متالورژی پودر برای تهیه مواد کامپوزیت مس و الماس با هدایت حرارتی بالا

در زمینه هایی مانند بسته بندی الکترونیکی و هوافضا، دستگاه های اتلاف حرارت مبتنی بر فلز برای دهه ها توسعه یافته اند. همانطور که چگالی توان دستگاه ها همچنان در حال افزایش است، نیازهای بالاتری برای هدایت حرارتی مواد بسته بندی الکترونیکی اعمال می شود. با ترکیب الماس با هدایت حرارتی بالا (2200 W/(m·K)) و ضریب انبساط حرارتی پایین ((8.6±1)×10-7/K) با فلزاتی مانند مس و آلومینیوم، می توان رسانایی حرارتی بالا را ادغام کرد. یک ماده کامپوزیتی “فلز + الماس” با ضریب انبساط حرارتی قابل تنظیم و خواص مکانیکی و خواص پردازشی بالا، در نتیجه نیازهای سخت بسته بندی های مختلف الکترونیکی را برآورده می کند و به عنوان نسل چهارم مواد بسته بندی الکترونیکی در نظر گرفته می شود.

در میان مواد فلزی مختلف، در مقایسه با فلزات دیگر مانند آلومینیوم، مس دارای رسانایی حرارتی بالاتر (385 ~ 400 W/ (m·K)) و ضریب انبساط حرارتی نسبتاً پایین (17×10-6/K) است. به سادگی با افزودن مقدار کمتری تقویت کننده الماس، ضریب انبساط حرارتی می تواند با نیمه هادی ها مطابقت داشته باشد و به راحتی می توان رسانایی حرارتی بالاتری به دست آورد. این نه تنها می تواند الزامات سختگیرانه بسته بندی الکترونیکی امروزی را برآورده کند، بلکه مقاومت خوبی در برابر حرارت، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری شیمیایی دارد. این می تواند شرایط خدمات شدید مانند دمای بالا و محیط خورنده را تا حد زیادی برآورده کند، مانند پروژه های انرژی هسته ای، محیط های اتمسفر اسید-باز و خشک، مرطوب، سرد و گرم.

چگونه تهیه کنیم؟

در حال حاضر روش های زیادی برای تهیه مواد کامپوزیت الماس/مس وجود دارد که از جمله آنها می توان به متالورژی پودر، رسوب شیمیایی، آلیاژ مکانیکی، رسوب پاششی، ریخته گری و غیره اشاره کرد که در این میان متالورژی پودر به دلیل ساده بودن به یکی از متداول ترین روش های آماده سازی تبدیل شده است. فرآیند آماده سازی و عملکرد عالی مواد کامپوزیتی آماده شده. به این ترتیب می توان پودر مس و ذرات الماس را از طریق آسیاب گلوله ای و غیره به طور یکنواخت مخلوط کرد و سپس از تف جوشی و قالب گیری برای تهیه یک ماده کامپوزیتی با ریزساختار یکنواخت استفاده کرد. به عنوان مهم ترین مرحله در متالورژی پودر، قالب گیری تف جوشی با کیفیت نهایی محصول نهایی مرتبط است. فرآیندهای متداول تف جوشی که در حال حاضر در تهیه مواد کامپوزیت مس/الماس مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: تف جوشی پرس داغ، تف جوشی در دمای بالا و فشار بالا و پخت پلاسمای تخلیه.

تف جوشی پرس داغ
روش زینترینگ پرس گرم یک روش شکل دهی با جوش انتشار است. به عنوان یک روش سنتی برای تهیه مواد کامپوزیت، فرآیند اصلی این است که آرماتور و پودر مس را به طور یکنواخت مخلوط کرده، در قالبی به شکل خاص قرار داده و در اتمسفر، خلاء یا محیط محافظت شده قرار دهید. در اتمسفر، فشار در جهت تک محوری در حین گرم شدن اعمال می شود، به طوری که تشکیل و تف جوشی به طور همزمان انجام می شود. از آنجایی که پودر تحت فشار پخته می شود، پودر سیالیت خوبی دارد و ماده دارای چگالی بالایی است که می تواند گاز باقی مانده در پودر را تخلیه کند و در نتیجه یک رابط پایدار و قوی بین الماس و مس ایجاد کند. ، استحکام پیوند و خواص ترموفیزیکی مواد کامپوزیت را بهبود می بخشد

تف جوشی با دمای فوق العاده بالا و فشار بالا
روش فشار بسیار بالا و دمای بالا از نظر مکانیسم مشابه روش تف جوشی پرس داغ است، با این تفاوت که فشار اعمال شده بزرگتر است، معمولاً 1-10 گیگا پاسکال. از طریق دما و فشار بالاتر، پودر مخلوط به سرعت پخته شده و در مدت زمان کوتاهی تشکیل می شود.
تف جوشی پلاسمای جرقه ای
تف جوشی پلاسمای جرقه ای (SPS) جریان پالس پر انرژی را به پودر اعمال می کند و فشار خاصی را اعمال می کند تا باعث تخلیه بین ذرات برای تحریک پلاسما شود. ذرات پرانرژی تولید شده توسط تخلیه با سطوح تماس بین ذرات برخورد می کنند که می تواند سطح ذرات را فعال کند. دستیابی به زینترینگ چگالی فوق سریع.
متالورژی پودر به دلیل فرآیند آماده سازی ساده و عملکرد عالی مواد کامپوزیتی تهیه شده به یکی از متداول ترین روش های آماده سازی تبدیل شده است.