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       近日，哈工大从事金刚石/铜复合材料的制备研究人员在材料科学国际期刊《Materials Letters》上题为Enhanced Thermal Conductivity and Thermal Shock Resistance in Diamond/Copper Composites through Diamond Surface Etching的研究。

       金刚石/铜复合材料凭借其优异的热导率和可调控的热膨胀系数而被广泛关注。随着先进电子器件发热密度的急剧升高，金刚石/铜复合材料被寄予厚望，是替代主流的钼铜、钨铜等电子封装材料的有力竞争者。近年来随着对金刚石/铜复合材料持续不断的研发，其热导率已经突破600 W/mK，热膨胀系数(0 ℃-100 ℃)可以控制在6-12 ppm/K，理论上是金属基电子封装材料里综合性能最优异的一类材料。然而，随着对金刚石/铜复合材料研究的加深，金刚石/铜复合材料暴露出了严重缺陷，即抗热冲击性能差（热导率性能随着热冲击循环次数增加而急剧下降），这是该材料所涉及的应用场景无法接受的缺点。

图1  (a)未刻蚀金刚石的(100)面；(b)未刻蚀金刚石的(111)面；(c)刻蚀金刚石的(100)面；(d)刻蚀金刚石的(100)面

       亮点研究

       1.通过金刚石表面镀钨并高温二次煅烧，成功实现金刚石表面刻蚀处理。

       2.刻蚀处理显著增强了金刚石与铜之间的界面结合强度。

       3.以刻蚀处理后的金刚石为原料制备的金刚石/铜复合材料具有优良的抗热冲击性能，经600次热冲击循环后，热导率相比未刻蚀由514W/mK提升至597W/mK，热导率下降幅值由18.2%降低到6.4%。

图2 (a)未刻蚀镀钨金刚石的(100)面；(b)未刻蚀镀钨金刚石的(111)面(c)刻蚀镀钨金刚石的(100)面；(d)刻蚀镀钨金刚石的(100)面；（e）镀钨金刚石XRD图

       转化与应用

       金刚石是自然界热导率最高的物质，其热导率高达2000 W/m·K，铜及铜合金具有较高的热导率（350 W/m·K）及较好的抗弯曲能力，因此，金刚石/铜复合材料在具有较高的力学性能同时还有较高的热导率。但金刚石与铜的热膨胀系数差异较大，在热循环的过程中界面处容易产生较大的热应力导致界面裂纹与分层，而在航空航天领域与电子封装领域等，复合材料通常需要在极端温度变化下长期稳定运行，使得热疲劳性能成为复合材料得一个很重要性能。未来工业界高导热金刚石/铜复合材料的使用场景会越来越复杂，热疲劳性能直接决定了材料的可靠性与使用寿命。

       实验室自主研发金刚石/铜复合材料系列产品，依托碳真芯材科技有限公司实现金刚石/铜复合材料量产，产能达500万cm²/年，具有金刚石/铜复合材料镀覆、成形、加工、全流程工艺技术与生产能力。

实验室自主研发金刚石/铝复合材料产品

实验室自主研发的金刚石/铜复合材料产品