引言 在过去几十年，随着半导体工业的芯片合成(2)
2013-08-02 01:05
导读：压力浸渗是预先把增强物做成相应形状的预制件，放在金属压型内的适当的位置，浇注金属液，并加压使金属液渗入预制件间隙，凝固后的道所要求的金属
压力浸渗是预先把增强物做成相应形状的预制件，放在金属压型内的适当的位置，浇注金属液，并加压使金属液渗入预制件间隙，凝固后的道所要求的金属基复合材料。压力浸渗主要有挤压浸渗和气体压力浸渗两种。
P.W.Ruch[20] 等人比较了挤压浸渗和气体压力浸渗制备出DiamondAl 及Diamond/AlSi7的热导性能。实验条件如下：挤压浸渗是将合成单晶金刚石颗粒MBD-4 在镀石墨层的圆柱形钢模中，在Ar-94%：H2-6%的保护气体下以5℃/min 的加热速度到750℃预热，保持温度5min，然后再100MPa 的压力下浸渗，浸渗时间少于5s，固化时间少于30s。样品直径15mm，高35mm。在气体压力浸渗中，金刚石颗粒在石墨模具中振平，金属Al 放置在其表面，在真空加热到750℃，液态Al 在8MPa 氩气压力下浸渗20min。试验得Diamond/Al 其热导率分别为131W/m.k 和670W/m.k，而Diamond/AlSi7(Si7%) 得到的热导率分别为129W/m.k 和375W/m.k。在O.Beffort[13]的实验条件与P.W.Ruch 基本相似，他通过挤压浸渗和气体压力浸渗得到Diamond/AlSi7 热导率分别为128.7W/m.k 和343W/m.k。
2.3 无压浸渗
无压浸渗是由美国Lanxide 公司于1989 年在直接金属氧化法工艺基础上发展而来的一种制备复合材料的新工艺，它是将合金块放在陶瓷颗粒制成的预制体上，在合金熔点以上保温，在特殊浸渗气氛（如氮、氩和氢的混合气等）作用下，合金液依靠毛细管效应的作用自发进入预制体中从而得到复合材料。金属熔体在无外力作用下，借助浸润导致的毛细管压力自发进入预制件间隙的制备工艺[21]。
William B. Johnson[22]等人用无压浸渗的方法制备了金刚石/AL 金属基复合材料。为了避免在浸渗过程中高温铝液（800℃）与金刚石长期接触而产生Al4C3, 将金刚石表面用化学气相沉积的方法镀上一层SiC 薄膜。但是相比较金刚石所具有的700-2000W/m-K 的热导率，此方法所得到的259W/m-K 的热导率显的没有发挥出该材料的热导潜力。而且在金刚石表面镀膜同样增加了工艺的复杂度，可变性和成本。如何运用无压浸渗的方法成功制备，需要进一步的实验和研究。
（转载自http://zw.ＮＳＥaＣ.com科教作文网） 3 金刚石对复合材料的影响
在金刚石增强Al 基复合材料中，金刚石起着增强相得作用，其类型、大小、表面状态，对用其制备所得的复合材料的热导性能有着重要的影响。而工业生产的金刚石均采用金属触媒，含有包裹体和表面缺陷，以及晶形不完整的现象，所以如何选择金刚石尤为重要。
3.1 金刚石的类型
金刚石分为多种类型，不同类型的特征、性能、价格各不相同，考虑到制备成本及性能需求，下表为各种类型的分类和特点：
虽然Ⅱa 型金刚石的热导性及其优良，但是在自然界非常罕见，价格昂贵。工业生产一般使用Ib 型金刚石，其晶形较为完整，且有能够满足实际需求的热导性能，大约为700W/mK。
3.2 金刚石的粒度
合适选择金刚石粒度对复合材料的导热性能将产生非常重要的影响，并且不同大小的金刚石颗粒其自身的性能也各不相同。国外，使用了不同粒度的金刚石颗粒，成功制备出该复合材料，也研究了不同大小金刚石颗粒的抗氧化和石墨转变的性能，对我们的研究来说，可以做一定的参考。
纳米级金刚石颗粒在高温下具有与微米级的不一样的性质。他们分析了纳米金刚石颗粒在氩气和氧气环境下从25-1000℃的热稳定性。纳米级金刚石颗粒平均直径50nm，但有团聚现象产生。其在氩气环境下退火时，发现表面有石墨产生，其在氩气环境下退火时，导致表面氧化，其石墨化和氧化的开始温度是670℃和496℃。但是大颗粒金刚石的石墨化和氧化的起始温度时1500℃和650℃。导致纳米金刚石颗粒过早石墨化和氧化的原因可能有高比表面积，表面缺陷上较多的活性原子和较高的表面能量。相转变将从这些表面缺陷上开始，氧化则直接从这些表面活性原子发起，而不用通过一个中间的石墨层。与之相比，微米级的金刚石颗粒可能有效地避免以上问题。O.Beffort [23]在空气中将不同颗粒大小的单晶合成金刚石颗粒连续加热到1500℃并等温处理。相比0-0.25um，10-16um 的颗粒，40-60um 颗粒的热失重开始温度最高，失重量最少。所以可以得出结论较粗大微米级的单晶合成金刚石颗粒拥有较好抗氧化性。随后O.Beffort 还发现与微米级金刚石相比，纳米级金刚石得到复合材料中有颗粒有团聚现象产生，除此之外还有单个孤立纳米颗粒散布在Al 基体中。
