Yüksek termal iletkenliğe sahip bakır ve elmas kompozit malzemeler hazırlamak için toz metalurjisinin kullanılması

Elektronik paketleme ve havacılık gibi alanlarda metal bazlı ısı dağıtma cihazları onlarca yıldır geliştirilmektedir. Cihazların güç yoğunluğu artmaya devam ettikçe, elektronik ambalaj malzemelerinin termal iletkenliğine yönelik daha yüksek gereksinimler ortaya çıkmaktadır. Yüksek ısı iletkenliğine (2 200 W/(m·K)) ve düşük ısıl genleşme katsayısına ((8,6±1)×10-7/K) sahip elmasın bakır ve alüminyum gibi metallerle birleştirilmesiyle yüksek ısı iletkenliği entegre edilebilir Ayarlanabilir termal genleşme katsayısına ve yüksek mekanik özelliklere ve işleme özelliklerine sahip, böylece farklı elektronik ambalajların katı gereksinimlerini karşılayan “metal + elmas” kompozit malzemedir ve dördüncü nesil elektronik ambalaj malzemeleri olarak kabul edilir.

Çeşitli metal malzemeler arasında, alüminyum gibi diğer metallerle karşılaştırıldığında bakır, daha yüksek bir termal iletkenliğe (385~400 W/ (m·K)) ve nispeten düşük bir termal genleşme katsayısına (17×10-6/K) sahiptir. Basitçe daha az miktarda elmas takviyesi eklenerek, termal genleşme katsayısı yarı iletkenlerinkiyle eşleşebilir ve daha yüksek termal iletkenlik elde etmek kolaydır. Sadece günümüzün elektronik ambalajının katı gereksinimlerini karşılamakla kalmaz, aynı zamanda iyi bir ısı direncine, korozyon direncine ve kimyasal stabiliteye sahiptir. Nükleer enerji projeleri, asit bazlı ve kuru, ıslak, soğuk ve sıcak atmosferik ortamlar gibi yüksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam gibi ekstrem hizmet koşullarının gereksinimlerini daha büyük ölçüde karşılayabilmektedir.

Nasıl hazırlanır?

Şu anda elmas/bakır kompozit malzemeleri hazırlamak için toz metalurjisi, kimyasal biriktirme, mekanik alaşımlama, sprey biriktirme, döküm vb. gibi birçok yöntem bulunmaktadır. Bunlar arasında toz metalurjisi, basit olması nedeniyle en yaygın kullanılan hazırlama yöntemlerinden biri haline gelmiştir. hazırlama süreci ve hazırlanan kompozit malzemelerin mükemmel performansı. Bu şekilde, Cu tozu ve elmas parçacıkları bilyeli öğütme vb. yoluyla eşit şekilde karıştırılabilir ve daha sonra sinterleme ve kalıplama, düzgün bir mikro yapıya sahip bir kompozit malzeme hazırlamak için kullanılabilir. Toz metalurjisinde en kritik adım olan sinterleme kalıplama, bitmiş ürünün nihai kalitesiyle ilgilidir. Şu anda Cu/elmas kompozit malzemelerin hazırlanmasında kullanılan yaygın olarak kullanılan sinterleme işlemleri şunları içerir: sıcak pres sinterleme, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç sinterleme ve deşarj plazma sinterleme.

Sıcak pres sinterleme
Sıcak presleme sinterleme yöntemi bir difüzyon kaynağı şekillendirme yöntemidir. Kompozit malzemelerin hazırlanmasında geleneksel bir yöntem olarak ana işlem, takviye ve bakır tozunu eşit şekilde karıştırmak, bunları belirli bir şekle sahip bir kalıba koymak ve bunları atmosfere, vakuma veya korumalı ortama yerleştirmektir. Atmosferde ısıtma sırasında tek eksenli yönde basınç uygulanır, böylece şekillendirme ve sinterleme aynı anda gerçekleşir. Toz basınç altında sinterlendiğinden, toz iyi bir akışkanlığa sahiptir ve malzeme yüksek bir yoğunluğa sahiptir, bu da tozdaki artık gazı boşaltabilir, böylece elmas ve bakır arasında kararlı ve güçlü bir arayüz oluşturur. Kompozit malzemelerin bağlanma mukavemetini ve termofiziksel özelliklerini geliştirmek

Ultra yüksek sıcaklık ve yüksek basınç sinterleme
Ultra yüksek basınç ve yüksek sıcaklık yöntemi, uygulanan basıncın daha büyük, genellikle 1-10 GPa olması dışında, mekanizma olarak sıcak pres sinterleme yöntemine benzer. Daha yüksek sıcaklık ve basınç sayesinde karıştırılan toz hızla sinterlenir ve kısa sürede oluşturulur.
Kıvılcım plazma sinterleme
Kıvılcım plazma sinterleme (SPS), toza yüksek enerjili darbe akımı uygular ve plazmayı uyarmak için parçacıklar arasında boşalmayı sağlamak üzere belirli bir basınç uygular. Deşarjın ürettiği yüksek enerjili parçacıklar, parçacıklar arasındaki temas yüzeyleriyle çarpışır ve bu da parçacıkların yüzeyini etkinleştirebilir. Ultra hızlı yoğunlaştırma sinterlemesi elde edin.
Toz metalurjisi, basit hazırlama süreci ve hazırlanan kompozit malzemelerin mükemmel performansı nedeniyle en yaygın kullanılan hazırlama yöntemlerinden biri haline gelmiştir.