Sử dụng luyện kim bột để chế tạo vật liệu composite đồng và kim cương có tính dẫn nhiệt cao
Trong các lĩnh vực như bao bì điện tử và hàng không vũ trụ, các thiết bị tản nhiệt bằng kim loại đã được phát triển trong nhiều thập kỷ. Khi mật độ năng lượng của các thiết bị tiếp tục tăng, yêu cầu cao hơn về tính dẫn nhiệt của vật liệu đóng gói điện tử được đặt ra. Bằng cách kết hợp kim cương có độ dẫn nhiệt cao (2 200 W/(m·K)) và hệ số giãn nở nhiệt thấp ((8,6±1)×10-7/K) với các kim loại như đồng và nhôm, có thể tích hợp được độ dẫn nhiệt cao , vật liệu hỗn hợp “kim loại + kim cương” có hệ số giãn nở nhiệt có thể điều chỉnh, đồng thời có tính chất cơ học và xử lý cao, nhờ đó đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của bao bì điện tử khác nhau và được coi là thế hệ thứ tư của vật liệu đóng gói điện tử.
Trong số các vật liệu kim loại khác nhau, so với các kim loại khác như nhôm, đồng có độ dẫn nhiệt cao hơn (385~400 W/ (m·K)) và hệ số giãn nở nhiệt tương đối thấp (17×10-6/K). Chỉ cần thêm một lượng nhỏ cốt thép kim cương, hệ số giãn nở nhiệt có thể sánh ngang với hệ số giãn nở nhiệt của chất bán dẫn và dễ dàng đạt được độ dẫn nhiệt cao hơn. Nó không chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của bao bì điện tử ngày nay mà còn có khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn và ổn định hóa học tốt. Nó có thể đáp ứng các yêu cầu về điều kiện dịch vụ khắc nghiệt như nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn ở mức độ lớn hơn, chẳng hạn như các dự án điện hạt nhân, axit-bazơ và môi trường khí quyển khô, ẩm ướt, lạnh và nóng.
Làm thế nào để chuẩn bị?
Hiện nay có nhiều phương pháp chế tạo vật liệu composite kim cương/đồng như luyện kim bột, lắng đọng hóa học, tạo hợp kim cơ học, lắng đọng phun, đúc, v.v. Trong số đó, luyện kim bột đã trở thành một trong những phương pháp điều chế được sử dụng phổ biến nhất vì tính đơn giản của nó. quá trình chuẩn bị và hiệu suất tuyệt vời của vật liệu composite đã chuẩn bị. Bằng cách này, bột Cu và các hạt kim cương có thể được trộn đều thông qua quá trình nghiền bi, v.v., sau đó có thể sử dụng quá trình thiêu kết và đúc để điều chế vật liệu composite có cấu trúc vi mô đồng nhất. Là bước quan trọng nhất trong luyện kim bột, đúc thiêu kết có liên quan đến chất lượng cuối cùng của thành phẩm. Các quy trình thiêu kết thường được sử dụng hiện đang được sử dụng để điều chế vật liệu composite Cu/kim cương bao gồm: thiêu kết ép nóng, thiêu kết ở nhiệt độ cao và áp suất cao, và thiêu kết plasma phóng điện.
Thiêu kết ép nóng
Phương pháp thiêu kết ép nóng là phương pháp tạo hình hàn khuếch tán. Là một phương pháp truyền thống để chuẩn bị vật liệu composite, quy trình chính là trộn đều cốt thép và bột đồng, đặt chúng vào khuôn có hình dạng cụ thể và đặt chúng trong môi trường khí quyển, chân không hoặc được bảo vệ. Trong khí quyển, áp suất được tác dụng theo hướng một trục trong khi gia nhiệt, do đó quá trình tạo hình và thiêu kết diễn ra đồng thời. Do bột được thiêu kết dưới áp suất nên bột có tính lưu động tốt và vật liệu có mật độ cao, có thể thải khí dư trong bột, từ đó hình thành giao diện ổn định và bền vững giữa kim cương và đồng. , cải thiện độ bền liên kết và tính chất vật lý nhiệt của vật liệu composite
Thiêu kết nhiệt độ cực cao và áp suất cao
Phương pháp áp suất cực cao và nhiệt độ cao có cơ chế tương tự như phương pháp thiêu kết ép nóng, ngoại trừ áp suất áp dụng lớn hơn, thường là 1-10 GPa. Thông qua nhiệt độ và áp suất cao hơn, bột hỗn hợp được thiêu kết nhanh chóng và hình thành trong thời gian ngắn.
Thiêu kết tia lửa plasma
Quá trình thiêu kết plasma plasma (SPS) áp dụng dòng xung năng lượng cao vào bột và tạo ra một áp suất nhất định để gây ra sự phóng điện giữa các hạt để kích thích plasma. Các hạt năng lượng cao được tạo ra bởi sự phóng điện va chạm với các bề mặt tiếp xúc giữa các hạt, có thể kích hoạt bề mặt của các hạt. Đạt được quá trình thiêu kết đậm đặc cực nhanh.
Luyện kim bột đã trở thành một trong những phương pháp chuẩn bị được sử dụng phổ biến nhất vì quy trình chuẩn bị đơn giản và hiệu suất tuyệt vời của vật liệu composite đã chuẩn bị.