隨著人們對(duì)電子設(shè)備性能的要求越來越高,有效的散熱已經(jīng)成為保證半導(dǎo)體器件穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵,這對(duì)電子封裝材料提出了越來越高的要求。石墨鱗片/銅復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱、易加工和成本低等優(yōu)點(diǎn),吸引了眾多研究者的關(guān)注。然而,由于石墨和銅之間潤濕性較差,從而導(dǎo)致界面結(jié)合較弱。本文通過石墨鱗片表面鍍覆和基體合金化兩種方法來改善石墨鱗片和銅之間的界面結(jié)合,再通過真空熱壓燒結(jié)制備石墨鱗片/銅復(fù)合材料。探討了復(fù)合材料的最佳制備工藝,研究了石墨體積分?jǐn)?shù)、不同鍍層以及合金元素含量對(duì)復(fù)合材料組織和性能的影響。研究結(jié)果表明:通過鹽浴鍍法可在石墨鱗片表面鍍覆均勻、完整的碳化物鍍層。鹽浴鍍鈦后的鍍層成分為TiC,而鹽浴鍍鉻后鍍層則由Cr7C3和Cr3C2共同組成。采用濕混、多次裝模工藝可以實(shí)現(xiàn)石墨鱗片在基體中均勻分布、取向一致。通過真空熱壓燒結(jié)在燒結(jié)溫度980℃,燒結(jié)時(shí)間30 min和燒結(jié)壓力40 MPa的條件下,可獲得相對(duì)密度超過98.5%的復(fù)合材料。燒結(jié)后鈦鍍層成分未發(fā)生變化,但鉻鍍層中的Cr7C3相與石墨發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)變成了 Cr3C2。鍍層的引入減少了界面處孔洞等缺陷,顯著改善了界面結(jié)合。復(fù)合材料具有明顯的各向異性... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１碳材料的熱導(dǎo)率＾??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅｒｍａｌ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ１４７１??

?石墨鱗片／銅復(fù)合材料的制備與性能研究???性能好的石墨類增強(qiáng)體，期望制備出高導(dǎo)熱、低膨脹易加工的石墨增強(qiáng)金屬??基復(fù)合材料。??２．２石墨類材料概述??２．２．１石墨的結(jié)構(gòu)及導(dǎo)熱機(jī)理??石墨雖然與金剛石有著相同的化學(xué)成分，但二者的結(jié)構(gòu)完全不同。金剛??石中的碳原子是以ｓｐ３雜化的方式成鍵，而石墨中的碳原子則是以ｓｐ２雜化的??方式和鄰近的三個(gè)碳原子形成三個(gè)共價(jià)單鍵，從而排列成平面六角的網(wǎng)狀結(jié)??構(gòu)。無數(shù)層的平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)堆疊起來形成三維石墨晶體，結(jié)構(gòu)如圖２－２所示。??碳原子網(wǎng)狀平面堆疊的時(shí)候，層與層之間會(huì)依次錯(cuò)開六角格子對(duì)角線的１／２，??這種錯(cuò)開方式可以使原子排列更緊密。層與層之間以范德華力結(jié)合，同一平??面上，兩個(gè)相鄰碳原子間距為０．１４２?ｎｍ，而相鄰網(wǎng)狀平面的層間距為０．３３５??ｎｍ〇??０．３３５?ｎｍｔ??０．１４２?ｎｍ??圖２－２石墨結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??石墨晶體在堆疊時(shí)有兩種不同的堆垛方式，根據(jù)排列方式，石墨可以劃??分為八方晶系石墨和愛形晶系石墨，如圖２－３所不。六方晶系中第二層和第??一層的位置重復(fù)，成ＡＢＡＢ……序列，其空間群為Ｐ６３／ｍｎｉＣ。菱形晶系石墨??的第一層與第四層位置重復(fù)，成ＡＢＣＡＢＣ……序列，其空間群為Ｄ５３ｄ－Ｒ３ｍ。??天然石墨主要由六方石墨組成，只有極少量的菱形石墨，而菱形石墨多存在??于人工合成石墨之中。??－８?－??

?北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文???，ａ，?（ｂ）ｆ＾Ｖ??＊辦爆ｈ??圖２－３石墨典型的晶體結(jié)構(gòu)：（ａ）六方石墨；（ｂ）菱形石墨??Ｆｉｇ．?２－３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｉｔｅ：?（ａ）?ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｇｒａｐｈｉｔｅ；?（ｂ）?ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ??ｇｒａｐｈｉｔｅ??當(dāng)物體內(nèi)部或者多個(gè)物體之間存在溫度差時(shí)，熱量將自動(dòng)從高溫端向低??溫端傳導(dǎo)。在固體中，熱量的傳遞主要有兩種方式，一是通過其內(nèi)部自由電??子的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，另一種則是依靠晶格振動(dòng)即聲子來傳導(dǎo)，如圖２－４所示［６５］。??熱量的傳遞往往是這二者共同作用的結(jié)果。對(duì)于金屬材料，其內(nèi)部存在大量??自由電子，熱傳導(dǎo)主要依靠自由電子來實(shí)現(xiàn)，聲子對(duì)熱傳導(dǎo)的貢獻(xiàn)非常低；??對(duì)于非金屬材料，其熱量的傳導(dǎo)主要晶格振動(dòng)，即聲子運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)熱量。??時(shí)間??圖２＊４晶格熱振動(dòng)示意圖１？１??Ｆｉｇ．２－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｔｔｉｃｅ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ１６５１??由于石墨特殊的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其內(nèi)部熱傳導(dǎo)與上述情況略有不同。在片層??方向上，雖然存在可以自由移動(dòng)的離域７１電子，但由于其高度有序的晶格排??列以及牢固的ｓｐ２Ｃ－Ｃ鍵，使得熱量在片層方向上仍以聲子傳導(dǎo)為主，其理??－９?－??

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3430791