Utilisation de la métallurgie des poudres pour préparer des matériaux composites en cuivre et en diamant à haute conductivité thermique
Dans des domaines tels que l’emballage électronique et l’aérospatiale, des dispositifs de dissipation thermique à base de métal sont développés depuis des décennies. À mesure que la densité de puissance des appareils continue d’augmenter, des exigences plus élevées sont imposées à la conductivité thermique des matériaux de conditionnement électronique. En combinant le diamant à haute conductivité thermique (2 200 W/(m·K)) et à faible coefficient de dilatation thermique ((8,6±1)×10-7/K) avec des métaux tels que le cuivre et l’aluminium, une conductivité thermique élevée peut être intégrée. , un matériau composite « métal + diamant » avec un coefficient de dilatation thermique réglable et des propriétés mécaniques et de traitement élevées, répondant ainsi aux exigences strictes des différents emballages électroniques, et est considéré comme la quatrième génération de matériaux d’emballage électronique.
Parmi divers matériaux métalliques, comparé à d’autres métaux tels que l’aluminium, le cuivre a une conductivité thermique plus élevée (385~400 W/(m·K)) et un coefficient de dilatation thermique relativement faible (17×10-6/K). En ajoutant simplement une plus petite quantité de renfort en diamant, le coefficient de dilatation thermique peut correspondre à celui des semi-conducteurs et il est facile d’obtenir une conductivité thermique plus élevée. Il peut non seulement répondre aux exigences strictes des emballages électroniques actuels, mais présente également une bonne résistance à la chaleur, à la corrosion et une bonne stabilité chimique. Il peut répondre dans une plus grande mesure aux exigences des conditions de service extrêmes telles que les températures élevées et les environnements corrosifs, tels que les projets d’énergie nucléaire, les environnements acide-base et les environnements atmosphériques secs, humides, froids et chauds.
Comment préparer?
Il existe actuellement de nombreuses méthodes de préparation de matériaux composites diamant/cuivre, telles que la métallurgie des poudres, le dépôt chimique, l’alliage mécanique, le dépôt par pulvérisation, la coulée, etc. Parmi elles, la métallurgie des poudres est devenue l’une des méthodes de préparation les plus couramment utilisées en raison de sa simplicité. processus de préparation et excellentes performances des matériaux composites préparés. De cette manière, la poudre de Cu et les particules de diamant peuvent être mélangées uniformément par broyage à boulets, etc., puis le frittage et le moulage peuvent être utilisés pour préparer un matériau composite avec une microstructure uniforme. En tant qu’étape la plus critique de la métallurgie des poudres, le moulage par frittage est lié à la qualité finale du produit fini. Les procédés de frittage couramment utilisés actuellement dans la préparation de matériaux composites Cu/diamant comprennent : le frittage par presse à chaud, le frittage à haute température et haute pression et le frittage par plasma de décharge.
Frittage à chaud
La méthode de frittage par pressage à chaud est une méthode de formage par soudage par diffusion. En tant que méthode traditionnelle de préparation de matériaux composites, le processus principal consiste à mélanger uniformément le renfort et la poudre de cuivre, à les mettre dans un moule d’une forme spécifique et à les placer dans l’atmosphère, sous vide ou dans un environnement protégé. Dans l’atmosphère, une pression est appliquée dans la direction uniaxiale pendant le chauffage, de sorte que le formage et le frittage se déroulent simultanément. Étant donné que la poudre est frittée sous pression, la poudre a une bonne fluidité et le matériau a une densité élevée, ce qui peut évacuer le gaz résiduel dans la poudre, formant ainsi une interface stable et solide entre le diamant et le cuivre. , améliorent la force de liaison et les propriétés thermophysiques des matériaux composites
Frittage à ultra haute température et haute pression
La méthode à ultra haute pression et haute température est similaire en termes de mécanisme à la méthode de frittage par presse à chaud, sauf que la pression appliquée est plus grande, généralement de 1 à 10 GPa. Grâce à une température et une pression plus élevées, la poudre mélangée est rapidement frittée et formée en peu de temps.
Frittage plasma par étincelle
Le frittage plasma par étincelle (SPS) applique un courant d’impulsion à haute énergie à la poudre et applique une certaine pression pour provoquer une décharge entre les particules afin d’exciter le plasma. Les particules à haute énergie générées par la décharge entrent en collision avec les surfaces de contact entre les particules, ce qui peut activer la surface des particules. Réalisez un frittage de densification ultra-rapide.
La métallurgie des poudres est devenue l’une des méthodes de préparation les plus couramment utilisées en raison de son processus de préparation simple et des excellentes performances des matériaux composites préparés.