Uso de pulvimetalurgia para preparar materiales compuestos de cobre y diamante de alta conductividad térmica
En campos como el embalaje electrónico y el aeroespacial, durante décadas se han desarrollado dispositivos de disipación de calor a base de metal. A medida que la densidad de potencia de los dispositivos sigue aumentando, se imponen mayores requisitos a la conductividad térmica de los materiales de embalaje electrónicos. Al combinar diamante con alta conductividad térmica (2 200 W/(m·K)) y bajo coeficiente de expansión térmica ((8,6±1)×10-7/K) con metales como cobre y aluminio, se puede integrar una alta conductividad térmica. , un material compuesto «metal + diamante» con un coeficiente de expansión térmica ajustable y altas propiedades mecánicas y de procesamiento, que cumple así con los estrictos requisitos de diferentes envases electrónicos, y se considera la cuarta generación de materiales de embalaje electrónicos.
Entre varios materiales metálicos, en comparación con otros metales como el aluminio, el cobre tiene una conductividad térmica más alta (385~400 W/ (m·K)) y un coeficiente de expansión térmica relativamente bajo (17×10-6/K). Simplemente agregando una cantidad menor de refuerzo de diamante, el coeficiente de expansión térmica puede igualar al de los semiconductores y es fácil obtener una mayor conductividad térmica. No solo puede cumplir con los estrictos requisitos de los envases electrónicos actuales, sino que también tiene buena resistencia al calor, resistencia a la corrosión y estabilidad química. Puede cumplir en mayor medida con los requisitos de condiciones de servicio extremas, como altas temperaturas y ambientes corrosivos, como proyectos de energía nuclear, ambientes ácido-base y atmosféricos secos, húmedos, fríos y calientes.
¿Cómo preparar?
Actualmente existen muchos métodos para preparar materiales compuestos de diamante/cobre, como pulvimetalurgia, deposición química, aleación mecánica, deposición por pulverización, fundición, etc. Entre ellos, la pulvimetalurgia se ha convertido en uno de los métodos de preparación más utilizados debido a su simpleza. proceso de preparación y excelente rendimiento de los materiales compuestos preparados. De esta manera, el polvo de Cu y las partículas de diamante se pueden mezclar uniformemente mediante molino de bolas, etc., y luego se puede utilizar la sinterización y el moldeo para preparar un material compuesto con una microestructura uniforme. Como paso más crítico en la pulvimetalurgia, el moldeo por sinterización está relacionado con la calidad final del producto terminado. Los procesos de sinterización comúnmente utilizados actualmente en la preparación de materiales compuestos de Cu/diamante incluyen: sinterización por prensa en caliente, sinterización a alta temperatura y alta presión, y sinterización por plasma de descarga.
Sinterización por prensa caliente
El método de sinterización por prensado en caliente es un método de formación por soldadura por difusión. Como método tradicional para preparar materiales compuestos, el proceso principal consiste en mezclar uniformemente el refuerzo y el polvo de cobre, colocarlos en un molde de una forma específica y colocarlos en la atmósfera, al vacío o en un ambiente protegido. En la atmósfera se aplica presión en dirección uniaxial mientras se calienta, de modo que la conformación y la sinterización se desarrollan simultáneamente. Dado que el polvo se sinteriza bajo presión, el polvo tiene buena fluidez y el material tiene una alta densidad, lo que puede descargar el gas residual en el polvo, formando así una interfaz estable y fuerte entre el diamante y el cobre. , mejorar la fuerza de unión y las propiedades termofísicas de los materiales compuestos.
Sinterización a temperatura ultraalta y alta presión
El método de presión ultraalta y alta temperatura tiene un mecanismo similar al método de sinterización por prensa en caliente, excepto que la presión aplicada es mayor, generalmente de 1 a 10 GPa. A través de una temperatura y presión más altas, el polvo mezclado se sinteriza rápidamente y se forma en poco tiempo.
Sinterización por plasma por chispa
La sinterización por plasma por chispa (SPS) aplica una corriente de pulso de alta energía al polvo y aplica una cierta presión para provocar una descarga entre las partículas para excitar el plasma. Las partículas de alta energía generadas por la descarga chocan con las superficies de contacto entre las partículas, lo que puede activar la superficie de las partículas. Logre una sinterización por densificación ultrarrápida.
La metalurgia de polvos se ha convertido en uno de los métodos de preparación más utilizados debido a su proceso de preparación simple y al excelente rendimiento de los materiales compuestos preparados.