高导热金刚石镁复合材料的界面设计、制备及其性能研究

基本信息
批准号:51801073
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:李建伟
学科分类:
依托单位:江苏大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘强,汝金明,梁红玉,张杰,孙有为
关键词:
金刚石/镁复合材料界面设计热导率液态金属浸渗
结项摘要

Diamond possesses superior thermal properties, including high thermal conductivity (TC of 1200-2000 W/mK) and low coefficient of thermal expansion (CTE of 2.3 ppm/K). Magnesium with high thermal conductivity is one of the lightest structural materials in nature. The diamond/Mg composites have the advantages of low density and high thermal conductivity. But due to non-wetting and chemical inertness characteristics between magnesium on diamond, weak interface bonding is derived in the diamond/Mg composites, and the excellent performance of diamond is not exploited. In the proposal, diamond/Mg composites were fabricated by gas pressure infiltration (GPI). Furthermore, surface metallization of diamond and alloying of metal matrix are conducted during the fabrication of the diamond/Mg composites. As a result, a transition carbide layer through interface design is found to be introduced. This is helpful to improve the interfacial bonding between diamond and magnesium and to decrease the interfacial thermal resistance and improve the thermal conductivity of composites. The interfacial structure of the composite was characterized by focused ion beam (FIB) and transmission electron microscope (TEM). The relationship among the fabrication process, interfacial structure and thermal properties of the diamond/Mg composite was investigated. The results provide insight for the improvement of the properties of diamond/Mg composite.

金刚石具有优异的热物理性能,导热率可达1200-2000W/mK,热膨胀系数仅为2.3ppm/K。镁是自然界最轻的结构材料之一,同时具有较高的热导率。金刚石颗粒增强镁基复合材料具有低密度、高导热性等优点,但由于金刚石与镁之间不润湿且存在化学惰性,导致两相界面结合弱,无法充分发挥金刚石优异的导热性能。本项目采用气压浸渗法制备金刚石/镁复合材料,通过界面设计并利用金刚石表面金属化和镁基体合金化两种方式引入碳化物界面层,希望通过界面改性提高镁与金刚石之间的界面结合,有效降低界面热阻,从而提高金刚石/镁复合材料的热导率。利用聚焦离子束(FIB)及透射电镜(TEM),研究diamond/Mg复合材料的界面组织结构;建立复合材料制备工艺、界面结构和导热性能之间的有效联系,进而实现diamond/Mg复合材料热物理性能的提升。

项目摘要

为了探索Diamond/Mg复合材料在电子封装领域的应用,本项目完成了以下几部分工作。(1)利用理论模型计算并考虑到金刚石在高温下的石墨化转变和Al4C3易潮解等因素,选取Cr作为界面改性元素;(2)通过磁控溅射法、盐浴法在金刚石表面镀Cr,研究了镀覆工艺-后续热处理工艺对镀层结构演变和物相组成的影响;结合气体压力浸渗法制备Diamond(Cr)/Mg复合材料,研究其界面结构和热物理性能。结果表明,磁控溅射镀Cr金刚石颗粒经过热处理后,制成的复合材料热导率有着非常显著的提升。镀层厚度为50 nm金刚石颗粒经过1150 ℃热处理后,制成的Diamond(Cr)/Mg复合材料热导率值达到499.49 W/(m K)。远高于盐浴镀+挤压铸造法的202.42 W/ ( m·K)。其中,镀层厚度为2.50μm,结合挤压铸造法制备的Diamond(Cr)/Mg复合材料在室温下的热膨胀系数为5.82×10-6/K,而无镀层的Diamond/Mg复合材料的热膨胀系数为9.29×10-6/K,相比降低了40%。.研究表明,气压浸渗制备金刚石/镁复合材料的热导率高、热膨胀系数低,可作为热管理材料应用于微电子芯片、激光器、半导体照明等高功率器件的散热。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021
2

近水平层状坝基岩体渗透结构及其工程意义

近水平层状坝基岩体渗透结构及其工程意义

DOI:10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105024
发表时间:2022
3

硫化矿微生物浸矿机理及动力学模型研究进展

硫化矿微生物浸矿机理及动力学模型研究进展

DOI:
发表时间:2020
4

热塑性复合材料机器人铺放系统设计及工艺优化研究

热塑性复合材料机器人铺放系统设计及工艺优化研究

DOI:10.3901/jme.2021.23.209
发表时间:2021
5

金属锆织构的标准极图计算及分析

金属锆织构的标准极图计算及分析

DOI:10.16112/j.cnki.53-1223/n.2019.02.003
发表时间:2019

李建伟的其他基金

批准号:81301839
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11302089
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1404828
批准年份:2014
资助金额:30.00
项目类别:联合基金项目
批准号:41471248
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:51864036
批准年份:2018
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:20576012
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:81672113
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

高导热金刚石/Al复合材料界面设计与近净形成形研究

批准号:51004010
批准年份:2010
负责人:任淑彬
学科分类:E0413
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

高导热高性能纤维环氧复合材料的制备及导热机理研究

批准号:51403124
批准年份:2014
负责人:吴新锋
学科分类:E0301
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

石墨烯基高导热复合材料的制备及其导热机理研究

批准号:51206053
批准年份:2012
负责人:裴丽霞
学科分类:E0601
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

高导热铁尾矿多孔陶瓷及其相变复合材料的设计、制备与性能研究

批准号:51872022
批准年份:2018
负责人:周洋
学科分类:E0208
资助金额:60.00
项目类别:面上项目