引言 在过去几十年，随着半导体工业的芯片合成(3)
2013-08-02 01:05
导读：J.Flaquer[24] 等人比较了 Maxwell 模型[25]、Hasselman Johson[26]的模型研究了金刚石形状，大小对复合材料的响，得出结论：拥有{001}面越多的金刚石形状，其得到
J.Flaquer[24] 等人比较了 Maxwell 模型[25]、Hasselman &Johson[26]的模型研究了金刚石形状，大小对复合材料的响，得出结论：拥有{001}面越多的金刚石形状，其得到的复合材料的热导率越高。比如与Kelvin 十四面体得到的复合材料热导率525 W/m.k 相比，立方金刚石颗粒得到的复合材料的热导率可高达700 W/m.k。另一个方法就是使用较大金刚石颗粒（直径达360um），降低单位体积的接触面积，可以大大的提高复合材料的热导率。
但是，J.Flaquer 只考虑了其导热性能，过大的金刚石颗粒制备所得复合材料其体积分数不够，将对它的
力学性能产生不良的影响。所以，国外一般采用100um 左右的金刚石颗粒制备该复合材料，如P.W.Ruch 以及O.Beffort 均使用91-106um 的金刚石颗粒气压浸渗成功制备复合材料。
3.3 金刚石的形态
O.Beffort [23]等人发现生成态的立方八面体单晶合成金刚石颗粒适合作为增强颗粒。机械粉碎得到的金刚石颗粒容易热腐蚀，因为在预热750℃时，机械破碎的表面缺陷将作为氧化和同素异型转变的结核点，而生成态的金刚石成立方八面体表面光滑则不存在这个问题。
与单晶相比，多晶合成金刚石颗粒因为表面裂纹，颗粒边界增多，颗粒取向随意，不规则，微观表面粗糙以及一些特殊表面导致其容易与氧发生反应。
4 微观结构及界面对热导率的影响金
刚石与 Al 合金基体之间可能存在的界面反应会生成种不同的化合物，如A14C3、MgO、Al2O3，及MgA12O4;等。这些化学反应其生成物对于复合材料的性能既有有利影响，又有不利影响，故而界面结对于复合材料来说，尤其重要。
Ruch [20]等人通过电子透射显微镜的观察发现通过气压浸渗的方法制备所得复合材料中，在金刚石的{100}面有Al4C3 的生成，如上图所示；William B. Johnson[22] 等人认为，无压浸渗由于金刚石表面长期与Al 在高温下接触，从而很容易生成Al4C3。可能的反应为4Al(l)+3C(s)→Al4C3(s)。（1）得到 Al4C3 的含量取决于浸渗温度，和在此温度下的时间。温度越高，时间越长，其含量越高。尽管Al4C3 是一种坚硬的陶瓷相，但对与该复合材料是一种有害产物。首先，它的热导率远远低于金刚石，所以降低了复合材料的导热能力。其次，它可能在潮湿的室温空气中腐蚀生成含水的铝化物，比如，Al4C3+12H2O→3CH4+4Al（OH）3 （2）Al4C3+6H2O+3O2→4Al（OH）3+3C （3）在这些腐蚀过程中，将伴随体积变化，比如反应（3）中体积将增长到136%，这将是非常有害的。最后，Al4C3 在界面成细小棒状，而且非常脆，这将使界面强度大大降低，对材料的机械性能不利。
（科教范文网http://fw.ΝsΕΑc.com编辑） 但是 Ruch[20] 等人认为 Al4C3 可以提高复合散热材料的热导率，因为它使得两相结合的更加紧密，而其起着较强的界面导热作用。因为，虽然通过气压浸渗的方法制备所得复合材料含有Al4C3 但是该组实验所得导热性能最为优异，达670W/m.K。
5 结论
金刚石/Al 复合材料作为优异的热管理材料目前在其合成和制备方面取得了巨大的进展，其优良的导热性能还有很高的提升空间，根据目前的国内外，研究现状可作出以下结论：
（1）采用液相浸渗法，包括无压浸渗，气压浸渗，挤压浸渗，因其完整的冶金结合界面，可得到较为优良导热性能的金刚石/Al 复合材料。
（2）采用TypeⅠb 100um 的立方八面体单晶合成金刚石颗粒可能取得较好导热的效果，且其成本控制在可以接受的范围内。
（3）虽然，对金刚石/Al 的制备和合成已经取得了一定的成功，但是对于其界面的研究还有待深入，如何避免界面的有害物质产生，产生的化合物如何影响其热导性能，值得以后的工作进一步研究。
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