Использование порошковой металлургии для получения медных и алмазных композиционных материалов с высокой теплопроводностью.

В таких областях, как электронная упаковка и аэрокосмическая промышленность, устройства рассеивания тепла на основе металлов разрабатываются уже несколько десятилетий. Поскольку плотность мощности устройств продолжает расти, к теплопроводности материалов электронной упаковки предъявляются более высокие требования. Путем соединения алмаза с высокой теплопроводностью (2 200 Вт/(м·К)) и низким коэффициентом теплового расширения ((8,6±1)×10-7/К) с такими металлами, как медь и алюминий, можно добиться высокой теплопроводности. , композиционный материал «металл + алмаз» с регулируемым коэффициентом теплового расширения, высокими механическими свойствами и свойствами обработки, тем самым отвечающий строгим требованиям различных электронных упаковок, и считается четвертым поколением материалов для электронной упаковки.

Среди различных металлических материалов, по сравнению с другими металлами, такими как алюминий, медь имеет более высокую теплопроводность (385~400 Вт/(м·К)) и относительно низкий коэффициент теплового расширения (17×10-6/К). Просто добавив меньшее количество алмазного армирования, коэффициент теплового расширения может соответствовать коэффициенту полупроводников, и можно легко получить более высокую теплопроводность. Он не только отвечает строгим требованиям современной электронной упаковки, но также обладает хорошей термостойкостью, коррозионной стойкостью и химической стабильностью. Он может в большей степени соответствовать требованиям экстремальных условий эксплуатации, таких как высокая температура и агрессивная среда, например, проекты атомной энергетики, кислотно-щелочная и сухая, влажная, холодная и горячая атмосферная среда.

Как приготовиться?

В настоящее время существует множество методов подготовки алмазно-медных композиционных материалов, таких как порошковая металлургия, химическое осаждение, механическое легирование, напыление, литье и т. д. Среди них порошковая металлургия стала одним из наиболее часто используемых методов подготовки из-за ее простоты. процесс подготовки и отличные характеристики приготовленных композиционных материалов. Таким образом, порошок меди и частицы алмаза можно равномерно перемешать посредством шаровой мельницы и т. д., а затем можно использовать спекание и формование для получения композиционного материала с однородной микроструктурой. Формование спеканием, являющееся наиболее важным этапом порошковой металлургии, связано с конечным качеством готового продукта. Обычно используемые процессы спекания, используемые в настоящее время при получении композиционных материалов медь/алмаз, включают: спекание в горячем прессе, спекание при высокой температуре и высоком давлении и спекание в плазме разряда.

Спекание горячим прессом
Метод спекания горячим прессованием представляет собой метод формования диффузионной сваркой. В традиционном методе приготовления композиционных материалов основной процесс состоит в том, чтобы равномерно смешать арматуру и медный порошок, поместить их в форму определенной формы и поместить в атмосферу, вакуум или защищенную среду. В атмосфере при нагреве давление прикладывается в одноосном направлении, так что формовка и спекание происходят одновременно. Поскольку порошок спекается под давлением, порошок обладает хорошей текучестью, а материал имеет высокую плотность, что позволяет выводить остаточный газ из порошка, тем самым образуя стабильный и прочный интерфейс между алмазом и медью. , улучшают прочность соединения и теплофизические свойства композиционных материалов

Спекание при сверхвысокой температуре и высоком давлении
Метод сверхвысокого давления и высокой температуры по механизму аналогичен методу спекания горячим прессом, за исключением того, что прикладываемое давление больше, обычно 1-10 ГПа. Благодаря более высокой температуре и давлению смешанный порошок быстро спекается и формируется за короткое время.
Искрово-плазменное спекание
При искровом плазменном спекании (SPS) к порошку подается импульсный ток высокой энергии и применяется определенное давление, вызывающее разряд между частицами для возбуждения плазмы. Частицы высокой энергии, генерируемые разрядом, сталкиваются с контактными поверхностями между частицами, что может активировать поверхность частиц. Достижение сверхбыстрого уплотняющего спекания.
Порошковая металлургия стала одним из наиболее часто используемых методов подготовки из-за простоты процесса приготовления и отличных характеристик получаемых композиционных материалов.