《高導熱金剛石/Al複合材料界面設計與近淨形成形研究》是依託北京科技大學，由任淑彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高導熱金剛石/Al複合材料界面設計與近淨形成形研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：任淑彬
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高體分比金剛石/鋁複合材料因具有優異的導熱性、較小的熱膨脹係數以及較低的密度，被認為是航空航天領域高性能電子裝備用最有發展前景的新一代封裝材料之一。本項目針對該材料面臨的界面熱阻高及難加工成形的問題，以建立高含量金剛石顆粒-鋁複合材料零件的粉末注射成形－熔浸製備技術為目標，通過研究金剛石-鋁間的界面行為和表面改性原理，揭示複合材料中界面結構對界面熱阻的影響規律及機理，探索改善金剛石-鋁間潤濕性、增強界面結合力以及減少界面熱阻的有效途徑；通過研究金剛石顆粒注射成形流動充模過程、成形坯燒結過程中孔隙的變化規律以及鋁熔滲規律，為發展高體積分數金剛石-鋁複合材料零件的近淨形製造技術奠定理論和技術基礎。該研究成果對於促進高性能金剛石/鋁材料的套用，滿足先進武器裝備和現代電子工業發展的需要具有重要意義。
結題摘要
高體分比金剛石/鋁複合材料因具有優異的導熱性、較小的熱膨脹係數以及較低的密度，被認為是航空航天領域高性能電子裝備用最有發展前景的新一代封裝材料之一。本項目針對該材料面臨的界面熱阻高及難加工成形的問題，開展了金剛石/Al複合材料的界面設計及金剛石粉末注射成形-Al熔浸技術近淨成形製備高體分比金剛石/Al的相關研究工作。 項目採用金剛石表面鍍覆Ti金屬以及Al基體添加Si進行合金化兩種方法對金剛石/Al的界面進行研究，結果表明兩種方法均能顯著改善金剛石與Al的界面結合，降低二者的界面熱阻。採用金剛石表面鍍Ti的方法改善其與Al的界面結合時Ti鍍層的厚度為0.7-1μm時金剛石/Al複合材料的導熱率最高，為497W/m•K；若採用Al基體添加Si的方法改善金剛石與Al的界面結合時，Si的最佳添加量為12%，此時複合材料的導熱率明顯高於金剛石表面鍍Ti的方法，達到602 W/m•K，這主要是由於採用Al-Si合金時獲得的複合材料的界面熱阻更低，從而複合材料表現出更高的導熱率。 項目對金剛石的粉末注射成形工藝進行了研究，包括粘結劑成分設計以及注射工藝參數對坯體質量的影響等。研究結果表明，採用成分為70%PW+25%PEG+5%SA的粘結劑時所獲得餵料具有優異的綜合流變性能。對應的最佳注射工藝為注射溫度160-170℃，注射壓力為60-75Mpa，在此條件下，可以得到較為完美的注射坯。 項目對於多孔金剛石坯體壓力熔滲Al合金的工藝進行了研究，研究結果表明當熔滲溫度為720-740℃、熔滲壓力12-15MPa、保溫保壓時間15min時，所獲得複合材料性能最高，其緻密度超過99.6%，導熱率超過600W/m•K，尺寸精度達到±0.3%，氣密性＜5×10-9Pa.m3 .s-1，熱膨脹係數為6-7.0×10-6/K，綜合性能指標能夠滿足大功率微波器件對於封裝和散熱材料的性能要求，有望替代傳統的W/Cu和KOVAR合金在大規模積體電路領域獲得廣泛的套用。該研究成果對於促進高性能金剛石/鋁材料的套用，滿足先進武器裝備和現代電子工業發展的需要具有重要意義。 此外，以本項目的相關研究成果為基礎，在國內外發表學術論文6篇，其中SCI檢索3篇，EI檢索3篇，申請發明專利4項，其中2項獲得授權，培養碩士研究生2名，博士研究生1名，順利完成了課題的各項任務指標。
