摘要
金刚石/铜基复合材料具备高热导率、低热膨胀系数的优良性能，已成为新一代热管理材料研究的热点。但金刚石与铜基体之间不良的界面结合导致复合材料导热性能难以达到预期。目前国内外研究主要针对金刚石/铜界面改性，通过金刚石表面金属化或基体合金化对复合材料界面进行优化，从而提高复合材料导热性能。受金刚石颗粒构型尺寸限制，难以直观地对金刚石表面金属界面改性层在镀覆及热处理前后形貌结构、物相成分变化进行表征与分析。本文以二维平面金刚石为基体，钨作为表面金属化改性元素，从二维角度就不同镀覆方式及热处理温度对金刚石表面钨界面层形貌结构、物相成分演变及其与金刚石基体间界面结合情况进行了探究，并为金刚石颗粒表面金属化改性提供指导。为了进一步提高金刚石/铜基复合材料导热性能，在金刚石表面钨金属化改性的基础上，通过基体合金化制备了钨改性金刚石/铜硼合金复合材料，并对其导热性能进行了研究。主要内容和结论如下: （1）磁控溅射法制备的钨界面层由细长柱状晶组成，表面晶粒形貌呈纳米球型。随着热处理温度升高，钨晶粒形貌由柱状晶向等轴晶转变。真空蒸镀法制备的钨界面层由层状堆叠柱状晶组成，表面晶粒形貌呈“菜花状”团簇，晶粒间存在明显取向差异，且存在WOx（x=2,3）杂相。钨界面层在热处理后出现分层现象。随着热处理温度升高，钨界面层表面稀疏化程度加剧，WOx杂相得到去除。虽然二维平面金刚石与颗粒金刚石的基体构型有所差异，但通过相同镀覆方式沉积的钨界面层在不同温度热处理前后的形貌结构、物相成分变化具有高度一致性。 （2）磁控溅射钨改性金刚石/铜复合材料中，金刚石颗粒表面钨界面层脱落严重，复合材料成型情况不良，复合材料热导率最高仅达到231W/mK。真空蒸镀钨改性金刚石/铜复合材料成型情况较为良好，复合材料均可成型脱模，但所制备的钨改性金刚石/铜复合材料导热性能较差，最高仅达到336W/mK。 （3）金刚石表面金属化与基体合金化对金刚石/铜基复合材料导热性能起到耦合增强效果。所制备的钨改性金刚石/铜硼合金复合材料成型情况与钨改性金刚石/铜复合材料相比得到明显改善，样品均可成型脱模。其中，以粒径260μm金刚石颗粒制备的磁控溅射钨改性金刚石/铜硼合金复合材料热导率最高可达558W/mK。以粒径260μm金刚石颗粒制备的真空蒸镀钨改性金刚石/铜硼合金复合材料热导率最高可达319W/mK。以粒径550μm金刚石颗粒制备的真空蒸镀钨改性金刚石/铜硼合金复合材料热导率最高可达629W/mK。
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