Menggunakan metalurgi serbuk untuk menyiapkan material komposit tembaga dan berlian dengan konduktivitas termal yang tinggi
Di bidang seperti pengemasan elektronik dan ruang angkasa, perangkat pembuangan panas berbasis logam telah dikembangkan selama beberapa dekade. Karena kepadatan daya perangkat terus meningkat, persyaratan yang lebih tinggi dikenakan pada konduktivitas termal bahan kemasan elektronik. Dengan menggabungkan intan dengan konduktivitas termal tinggi (2 200 W/(m·K)) dan koefisien muai panas rendah ((8,6±1)×10-7/K) dengan logam seperti tembaga dan aluminium, konduktivitas termal tinggi dapat diintegrasikan , material komposit “logam + berlian” dengan koefisien muai panas yang dapat disesuaikan serta sifat mekanik dan sifat pemrosesan yang tinggi, sehingga memenuhi persyaratan ketat berbagai kemasan elektronik, dan dianggap sebagai bahan kemasan elektronik generasi keempat.
Di antara berbagai bahan logam, dibandingkan dengan logam lain seperti aluminium, tembaga memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi (385~400 W/ (m·K)) dan koefisien muai panas yang relatif rendah (17×10-6/K). Dengan hanya menambahkan sedikit penguat intan, koefisien muai panas dapat menyamai koefisien muai panas semikonduktor dan mudah untuk mendapatkan konduktivitas termal yang lebih tinggi. Ini tidak hanya memenuhi persyaratan ketat kemasan elektronik saat ini, tetapi juga memiliki ketahanan panas, ketahanan korosi, dan stabilitas kimia yang baik. Ini dapat lebih memenuhi persyaratan kondisi layanan ekstrem seperti suhu tinggi dan lingkungan korosif, seperti proyek tenaga nuklir, asam-basa dan lingkungan atmosfer kering, basah, dingin dan panas.
Bagaimana cara mempersiapkannya?
Saat ini terdapat banyak metode untuk menyiapkan material komposit intan/tembaga, seperti metalurgi serbuk, deposisi kimia, paduan mekanis, deposisi semprot, pengecoran, dll. Diantaranya, metalurgi serbuk telah menjadi salah satu metode preparasi yang paling umum digunakan karena kesederhanaannya. proses persiapan dan kinerja luar biasa dari bahan komposit yang disiapkan. Dengan cara ini, bubuk Cu dan partikel berlian dapat dicampur secara merata melalui ball milling, dll., dan kemudian sintering dan pencetakan dapat digunakan untuk menyiapkan material komposit dengan struktur mikro yang seragam. Sebagai langkah paling penting dalam metalurgi serbuk, cetakan sintering berkaitan dengan kualitas akhir produk jadi. Proses sintering yang umum digunakan saat ini dalam pembuatan material komposit Cu/berlian meliputi: sintering tekan panas, sintering suhu tinggi dan tekanan tinggi, dan sintering plasma pelepasan.
Sintering tekan panas
Metode sintering pengepresan panas merupakan metode pembentukan pengelasan difusi. Sebagai metode tradisional untuk menyiapkan material komposit, proses utamanya adalah mencampurkan bahan penguat dan bubuk tembaga secara merata, memasukkannya ke dalam cetakan dengan bentuk tertentu, dan menempatkannya di atmosfer, vakum, atau lingkungan terlindung. Di atmosfer, tekanan diterapkan dalam arah uniaksial saat pemanasan, sehingga pembentukan dan sintering berlangsung secara bersamaan. Karena bubuk disinter di bawah tekanan, bubuk tersebut memiliki fluiditas yang baik dan bahan tersebut memiliki kepadatan yang tinggi, yang dapat melepaskan sisa gas dalam bubuk, sehingga membentuk antarmuka yang stabil dan kuat antara berlian dan tembaga. , meningkatkan kekuatan ikatan dan sifat termofisika material komposit
Sintering suhu sangat tinggi dan tekanan tinggi
Metode tekanan ultra-tinggi dan suhu tinggi mekanismenya mirip dengan metode sintering pengepresan panas, hanya saja tekanan yang diberikan lebih besar, umumnya 1-10 GPa. Melalui suhu dan tekanan yang lebih tinggi, bubuk campuran dengan cepat disinter dan terbentuk dalam waktu singkat.
Percikan sintering plasma
Spark plasma sintering (SPS) menerapkan arus pulsa berenergi tinggi ke bubuk dan menerapkan tekanan tertentu untuk menyebabkan pelepasan antar partikel untuk merangsang plasma. Partikel berenergi tinggi yang dihasilkan oleh pelepasan bertabrakan dengan permukaan kontak antar partikel, yang dapat mengaktifkan permukaan partikel. Mencapai sintering densifikasi ultra-cepat.
Metalurgi serbuk telah menjadi salah satu metode preparasi yang paling umum digunakan karena proses preparasinya yang sederhana dan kinerja material komposit yang disiapkan sangat baik.