界面厚度及面積調控對Diamond-Cr-Cu復合材料導熱性能的影響.pdf

1、本文以Diamond-Cr/Cu復合材料為研究對象，采用實驗與數(shù)值模擬相結合的方法，研究界面厚度、界面面積對Diamond-Cr/Cu復合材料導熱性能的影響。在實驗方面，首先利用鹽浴鍍的方法對金剛石表面進行鍍Cr處理，再結合無壓熔滲技術制備出不同界面厚度、不同界面面積的Diamond-Cr/Cu復合材料。通過增重法計算出界面厚度與鍍覆溫度之間的關系，采用SEM、EDS、XRD等手段對金剛石鍍層及Diamond-Cr/Cu復合材料的微觀形

2、貌和界面成份進行表征，最后再利用阿基米德原理和熱導儀測試出復合材料的致密度和熱導率；數(shù)值模擬方面是通過研究界面厚度及界面面積對復合材料熱導性能的影響，最后再根據(jù)實驗測試結果與模擬值進行對比分析。
　　鹽浴鍍Cr研究表明，對相同粒徑金剛石顆粒進行表面鍍覆時，可通過改變鹽浴鍍溫度(750℃~900℃)獲得0.376~1.388μm的可控鍍層；而對不同粒徑金剛石顆粒進行850℃保溫1h進行鍍覆時，可獲得趨近于1.211μm的界面鍍層。金

3、剛石表面鍍覆效果較好，鍍層結構由內到外可簡述為：金剛石-CrxCy-Cr單質層。
　　無壓熔滲制備出的Diamond-Cr/Cu復合材料研究表明，通過相同金剛石粒徑制備出的復合材料，提高鹽浴鍍溫度調控鍍層厚度能使金剛石與銅基體潤濕性得到改善，隨鍍層厚度的增加，復合材料的界面結合能力增強，復合材料內部穿晶斷裂率增大，界面處的裂紋、孔洞等缺陷不斷減少，組織更加致密。對于不同剛石粒徑制備出的復合材料，當金剛石顆粒目數(shù)為230~270目時

4、，復合材料由于界面結合較差而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，金剛石界面處的斷裂方式以沿晶斷裂為主，隨金剛石粒徑的增大，金剛石界面處的斷裂方式向穿晶斷裂轉變，且穿晶斷裂率不斷增大。界面處EDS掃描顯示Cr元素在近金剛石端界面處富集并生成Cr3C2及少量的Cr7C3，復合材料在界面處實現(xiàn)了金剛石-鍍層-銅的連續(xù)過渡。
　　Diamond-Cr/Cu復合材料的測試結果表明，隨鹽浴鍍Cr溫度由750℃提升到900℃，鍍層的不斷完整使得復合材料的致密度不斷提

5、高，由93.8％提升至96.0%；而熱導率則呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，當鍍覆溫度為800℃時，復合材料的熱導率最高，可達455 W/(m·K)；不同粒徑的Diamond-Cr/Cu復合材料的熱導率隨金剛石粒徑的增大，復合材料界面處形成的缺陷在不斷減少，復合材料的致密度不斷提高，由89.7%提升至96.1%；而熱導率則呈現(xiàn)上升的趨勢，當金剛石粒徑由230~270目增至80~100目時，復合材料的熱導率將由201 W/(m·K)升至402 W/

6、(m·K)。
　　ANSYS模擬結果表明，隨鍍層厚度的增加，復合材料熱導率呈下降趨勢，當鍍層厚度由0.376μm增至1.388μm，復合材料熱導率由652W/(m·K)降至440W/(m·K)；當鍍層一定時，金剛石顆粒大小由165μm降至52.5μm，復合材料的熱導率由526W/(m·K)降至326W/(m·K)。
　　通過模擬與實驗值對比可知，模擬值與實驗值變化趨勢趨于一致，但模擬值要高于實驗值，這說明Diamond-Cr