金剛石/銅復(fù)合材料具有高熱導(dǎo)率、高強度、熱膨脹系數(shù)可調(diào)的優(yōu)點,是極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮娮臃庋b材料。針對復(fù)合材料兩相界面結(jié)合較差的問題,目前主要采用添加活性元素在界面處生成碳化物層的方法來改善。論述了活性元素添加的兩種手段,即基體合金化和金剛石表面金屬化的研究進展,并歸納了金剛石/銅復(fù)合材料導(dǎo)熱模型的發(fā)展情況,最后提出了金剛石/銅復(fù)合材料在界面研究中面臨的挑戰(zhàn)和其未來努力的方向。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2016,30(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

圖２Ｃｕ／ｄｉａｍｏｎｄ－Ｔｉ或Ｃｒ鍍層示意圖Ｆｉｇ．２ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＴｉ－ｃｏａｔｅｄ／Ｃｒ－ｃｏａｔｅｄｄｉａｍｏｎｄａｎｄＣｕ

體積分數(shù)對復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響。研究認為膜層結(jié)構(gòu)為金剛石－碳化物－金屬層，且碳化物層與金屬層厚度比為２∶１［２８］，經(jīng)放電等離子燒結(jié)成復(fù)合材料后，鍍層金屬擴散入基體銅，形成合金層，因此復(fù)合材料的界面熱阻由３部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖２所示，即金剛石與碳化物界面熱阻、碳化物本身熱阻、碳化物與基體合金層界面熱阻。鍍層厚度的控制制約著碳化物層熱阻的大小，通過調(diào)控鍍覆時間、溫度、原料配比可以達到調(diào)節(jié)鍍層厚度的目的。結(jié)合Ｈ－Ｊ模型計算得到碳化物層厚度與熱導(dǎo)率的關(guān)系，如圖３所示，模擬值與實驗值吻合較好，但當Ｃｒ７Ｃ３厚度小于０．２μｍ后，偏離較為嚴重，這是因為鍍層太薄，起不到結(jié)合的作用，因此碳化物層最佳厚度為０．４～０．６μｍ，在此條件下，當金剛石體積分數(shù)為７０％時，復(fù)合材料熱導(dǎo)率為６５７Ｗ／（ｍ·Ｋ）。圖２Ｃｕ／ｄｉａｍｏｎｄ－Ｔｉ或Ｃｒ鍍層示意圖Ｆｉｇ．２ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＴｉ－ｃｏａｔｅｄ／Ｃｒ－ｃｏａｔｅｄｄｉａｍｏｎｄａｎｄＣｕ圖３不同金剛石體積分數(shù)復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨Ｃｒ７Ｃ３厚度變化的實驗結(jié)果與Ｈ－Ｊ模型的對比圖Ｆｉｇ．３ＴｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆＣｒ－ｃｏａｔｅｄｄｉａｍｏｎｄ／ＣｕｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｓｏｆｄｉａｍｏｎｄｗｉｔｈｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆＣｒ７Ｃ３ｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｄｉａ

層，如圖４所示，（１００）面粗糙坑洼而（１１１）面基本不反應(yīng)，這是因為金剛石（１００）面原子結(jié)合不如（１１１）面緊密，（１００）面更容易溶解和參與生成碳化物。圖４金剛石顆粒的微觀結(jié)構(gòu)（（ａ）原始金剛石顆粒；（ｂ）濺射Ｃｕ－１％Ｃｒ（質(zhì)量分數(shù)）的金剛石顆粒；（ｃ）Ｃｕ－Ｂ／ｄｉａｍｏｎｄ被腐蝕后的顆粒；（ｄ）金剛石（１００）面得到凹金字塔結(jié)構(gòu)）Ｆｉｇ．４Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｄｉａｍｏｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓ（（ａ）Ｏｒｉｇｉｎａｌｄｉａｍｏｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓ；（ｂ）ＰａｒｔｉｃｌｅｓｓｐｕｔｔｅｒｅｄｗｉｔｈＣｕ－１％（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）Ｃｒａｌｌｏｙ；（ｃ）ＰａｒｔｉｃｌｅｓｒｅｌｅａｓｅｄｆｒｏｍＣｕ－Ｂ／ｄｉａｍｏｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；（ｄ）Ｃｏｎｖｅｒｔｅｄｐｙｒａｍｉｄｓａｐｐｅａｒｉｎｇｏｎｓｕｒｆａｃｅ）利用磁控濺射法在金剛石表面鍍膜的研究不多，主要原因是磁控濺射法鍍膜單次鍍覆量小，顆粒鍍覆不夠均勻，鍍覆后膜層很難形成冶金結(jié)合，一般需要進行后續(xù)熱處理［５］。２．４擴散法鍍膜擴散法鍍膜是將金剛石與金屬粉末或者金屬氧化物粉末混合后在一定溫度下真空退火，利用反應(yīng)擴散使金剛石表面生成均勻鍍層的方法。１９８７年，Ｃｈｕｐｒｉｎａ等［３２，３３］對擴散法鍍膜的反應(yīng)機理，鍍層厚度與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間的關(guān)系進行了深入的研究，研究元素包括Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ。研究認為，在鍍膜過程中，金屬元素或金屬氧化物一部分通過蒸發(fā)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)，另一部分通過擴散到達金剛石表面，與碳原


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