航天電子功率器件向小型化、輕量化、高功率密度、高效能方向發(fā)展,而散熱問題已經(jīng)成為制約電子設(shè)備可靠性和效率的關(guān)鍵,因此迫切需求低密度、高導(dǎo)熱的熱管理材料。本文利用擠壓鑄造方法設(shè)計并成功制備了具有超高導(dǎo)熱特性的金剛石/鋁復(fù)合材料。利用掃描電鏡、透射電鏡、激光導(dǎo)熱系數(shù)測量和三點彎曲測試等多種手段,系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的界面微觀組織及形成機理、復(fù)合材料的力學(xué)行為、導(dǎo)熱性能及熱循環(huán)穩(wěn)定性,并基于對界面熱傳輸特性的分析和現(xiàn)有導(dǎo)熱模型,提出一種金剛石/鋁復(fù)合材料熱導(dǎo)率預(yù)測的方法。根據(jù)Hasselman-Johnson模型,選用粒徑40²00μm的金剛石顆粒作為研究對象;界面熱阻的計算表明,界面相Al4C3的厚度小于840nm時,對復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)是有利的。為了實現(xiàn)金剛石與鋁的充分潤濕和反應(yīng)控制,基于界面反應(yīng)動力學(xué)原理,設(shè)計采用延長保壓時間、提高浸滲溫度、降低冷卻速度工藝,實現(xiàn)了復(fù)合材料的致密化和界面結(jié)構(gòu)調(diào)控,獲得了超高導(dǎo)熱性能。顯微組織觀察表明,通過制備工藝調(diào)節(jié),金剛石/鋁復(fù)合材料的界面結(jié)合實現(xiàn)了由完全脫粘界面結(jié)合向選擇性界面結(jié)合、完全粘附界面結(jié)合的轉(zhuǎn)變。透射組織觀察表明,完全粘... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

電子封裝材料的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率

、制備溫度低、效率高等優(yōu)點。SPS 制備金剛石能如圖 1-2 所示。界面完全脫粘是由于燒結(jié)溫度，導(dǎo)致金剛石與鋁的界面反應(yīng)不充分，界面結(jié)合備體積分數(shù)超過 50%的復(fù)合材料[87]，這點與金而期望高體積分數(shù)的宗旨背道而馳。此外，SPS；設(shè)備工作區(qū)域尺寸較小，使得制備材料的尺寸

如圖 1-3 所示，燒結(jié)溫度由 600℃提高至 650℃，界面結(jié)合由脫粘轉(zhuǎn)變?yōu)檫x擇性粘合，熱導(dǎo)率由 261W/(m K)提高至 400W/(m K)，增加了 53%；燒結(jié)時間由 15min 增至 90min，界面結(jié)合逐漸增強，熱導(dǎo)率由 340W/(m K)提高至473W/(m K)，增加了 39%。VHP 與 SPS 最顯著的不同在于，前者的燒結(jié)時間較長，可以為界面擴散或反應(yīng)提供條件。但在 C-Al 體系中，碳原子在鋁中的溶解度非常低，低于鋁熔點時，C-Al 反應(yīng)速率很低[92]，金剛石比其他碳材料具有更低的表面能，因而，在低于鋁熔點的溫度下延長燒結(jié)時間對界面結(jié)合的提升作用有限。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3482811