Usando metalurgia do pó para preparar materiais compósitos de cobre e diamante de alta condutividade térmica
Em áreas como embalagens eletrônicas e aeroespacial, dispositivos de dissipação de calor à base de metal têm sido desenvolvidos há décadas. À medida que a densidade de potência dos dispositivos continua a aumentar, são impostos requisitos mais elevados à condutividade térmica dos materiais de embalagem eletrónica. Ao combinar diamante com alta condutividade térmica (2.200 W/(m·K)) e baixo coeficiente de expansão térmica ((8,6±1)×10-7/K) com metais como cobre e alumínio, alta condutividade térmica pode ser integrada , um material compósito “metal + diamante” com coeficiente de expansão térmica ajustável e altas propriedades mecânicas e de processamento, atendendo assim aos rigorosos requisitos de diferentes embalagens eletrônicas, e é considerado a quarta geração de materiais de embalagem eletrônica.
Entre vários materiais metálicos, em comparação com outros metais como o alumínio, o cobre tem uma condutividade térmica mais alta (385~400 W/(m·K)) e um coeficiente de expansão térmica relativamente baixo (17×10-6/K). Simplesmente adicionando uma quantidade menor de reforço de diamante, o coeficiente de expansão térmica pode corresponder ao dos semicondutores e é fácil obter maior condutividade térmica. Ele não apenas atende aos rigorosos requisitos das embalagens eletrônicas atuais, mas também possui boa resistência ao calor, resistência à corrosão e estabilidade química. Ele pode atender em maior medida aos requisitos de condições de serviço extremas, como alta temperatura e ambiente corrosivo, como projetos de energia nuclear, ambientes ácido-base e ambientes atmosféricos secos, úmidos, frios e quentes.
Como preparar?
Atualmente, existem muitos métodos para preparar materiais compósitos de diamante/cobre, como metalurgia do pó, deposição química, liga mecânica, deposição por pulverização, fundição, etc. processo de preparação e excelente desempenho dos materiais compósitos preparados. Desta forma, o pó de Cu e as partículas de diamante podem ser misturados uniformemente por meio de moagem de bolas, etc., e então a sinterização e a moldagem podem ser usadas para preparar um material compósito com uma microestrutura uniforme. Sendo a etapa mais crítica na metalurgia do pó, a moldagem por sinterização está relacionada à qualidade final do produto acabado. Os processos de sinterização comumente usados atualmente na preparação de materiais compósitos de Cu/diamante incluem: sinterização por prensa a quente, sinterização de alta temperatura e alta pressão e sinterização por plasma de descarga.
Sinterização por prensagem a quente
O método de sinterização por prensagem a quente é um método de formação por soldagem por difusão. Como método tradicional de preparação de materiais compósitos, o processo principal é misturar uniformemente o reforço e o pó de cobre, colocá-los em um molde de formato específico e colocá-los na atmosfera, vácuo ou ambiente protegido. Na atmosfera, a pressão é aplicada na direção uniaxial durante o aquecimento, de modo que a formação e a sinterização ocorrem simultaneamente. Como o pó é sinterizado sob pressão, o pó tem boa fluidez e o material tem alta densidade, o que pode descarregar o gás residual do pó, formando assim uma interface estável e forte entre o diamante e o cobre. , melhorar a resistência de ligação e as propriedades termofísicas de materiais compósitos
Sinterização em temperatura ultra-alta e alta pressão
O método de ultra-alta pressão e alta temperatura é semelhante em mecanismo ao método de sinterização por prensagem a quente, exceto que a pressão aplicada é maior, geralmente 1-10 GPa. Através de temperaturas e pressões mais altas, o pó misturado é rapidamente sinterizado e formado em pouco tempo.
Sinterização por plasma de faísca
A sinterização por plasma spark (SPS) aplica corrente de pulso de alta energia ao pó e aplica uma certa pressão para causar descarga entre as partículas para excitar o plasma. As partículas de alta energia geradas pela descarga colidem com as superfícies de contato entre as partículas, o que pode ativar a superfície das partículas. Obtenha sinterização de densificação ultrarrápida.
A metalurgia do pó tornou-se um dos métodos de preparação mais comumente utilizados devido ao seu processo de preparação simples e excelente desempenho dos materiais compósitos preparados.