Page 32 - 精细化工2019年第10期
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·1998·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 36 卷

            结速度快、升降温快速、烧结温度低、可直接烧成                             达 97.1%，热导率为 406  W/(m·K)，热膨胀系数为
                                                                     –6
                                                                        –1
            致密体、节能环保等优点            [21-24] 。图 4 是放电等离子         9.7×10 K 。淦作腾等       [30] 采用放电等离子烧结法制
            烧结简要示意图。                                           备改性金刚石/铜复合材料，对金刚石进行了镀铬预
                                                               处理，在烧结温度为 800~1000 ℃，烧结压力为 30 MPa，
                                                               升温速率为 100 ℃/min，保温时间为 5  min 的条件
                                                               下，镀铬金刚石体积分数为 60%的改性金刚石/Cu 复
                                                               合材料的致密度高达 99.1%，热导率为 503.9 W/(m·K)。
                                                                   放电等离子烧结法与热压烧结法相比制备速度
                                                               更快，所需烧结温度、压力更低，一般不会使用超
                                                               过铜熔点的烧结温度。由于机理特殊，该方法中压
                                                               力与温度的调整范围很小，通常温度为 800~950 ℃，
                                                               压力为 50~80  MPa，在此范围内均有制备出较高热
                                                               导率材料的报道。该方法的研究重点在于金刚石粒
                                                               径、金刚石体积分数以及活性元素的添加等因素对
                                                               于金刚石铜界面结合的影响。另外，放电等离子烧
                      图 4    放电等离子烧结示意图       [25]
             Fig. 4    The schematic view of spark plasma sintering process [25]   结的机理至今尚未有统一的说法，烧结过程难以准
                                                               确的控制，界面成分、厚度的精确控制存在一定难
                 Schubert 等 [26] 通过气体雾化法制作了 Cu-Cr 合
                                                               度，再加上相对较低的烧结温度和压力也难以产生
            金，然后采用放电等离子烧结法制备出了 Cr-Cu/金
                                                               金刚石成键连通的现象，因此，采用该方法制备材
            刚石复合材料，研究认为，生成的 Cr 3 C 2 薄层增强
                                                               料的导热系数鲜有高于 700 W/(m·K)的情况。
            了 Cu/金刚石复合材料的界面结合，提高了复合材
                                                               1.4    熔渗法
            料的热导率，但是如果碳化物层过厚反而会损害界                                 采用熔渗法制备金刚石/铜复合材料通常是加
            面反应层的结合特性和传热能力。朱聪旭等                     [27] 先通    热至一定温度使铜变为液相或熔融状态从而渗入金
            过混合熔盐法对金刚石预镀铬，然后采用放电等离                             刚石颗粒间隙以得到高性能复合材料。熔渗法分为
            子技术制备了金刚石/铜复合材料。在烧结温度为                             两种，一种是无压熔渗法，另一种是加压熔渗法。
            950 ℃，保温时间为 10 min，施加 50 MPa 压力的工                  熔渗法的优点是使铜与金刚石颗粒的接触更加充
            艺条件下，当金刚石体积分数为 50%时，金刚石/                           分，同样的高温高压条件，熔渗法要优于高温高压
            铜复合材料热导率达到 657  W/(m·K)。该文研究了                      烧结法。目前诸多文献表明，加压熔渗法制备复合
            金刚石体积分数对金刚石/铜复合材料热导率的影                             材料的工艺具有制成高导热性能复合材料的潜力。
            响，发现未镀铬金刚石体积分数的增加会导致金刚                                 无压熔渗是在无外力作用下，熔融状态的铜或
            石/铜复合材料热导率下降，镀铬金刚石制成的复合                            铜合金主要在毛细力的作用下渗入金刚石预制坯的
            材料的热导率随金刚石体积分数增大先增大后减小。                            孔隙中制得复合材料。董应虎等              [31] 将金刚石与 W 粉
                 Wang 等 [28] 分别使用放电等离子烧结法和热压                   混合利用模压法制备预制坯，然后通过无压浸渗法
            法制备了 Cu/Ti-金刚石复合材料，并通过扫描电子                         制备金刚石/铜复合材料，通过控制加入 W 粉的体
            显微镜对其进行了分析，结果表明，用放电等离子                             积分数研究其对材料热导率的影响，发现当 W 体积
            烧结法制得的样品缺陷比热压法少，复合材料的热                             分数为 10%时，复合材料热导率最高，达到 450
            导率随着碳化物层厚度的增加和孔隙的出现而减                              W/(mK)，继续增加 W 含量热导率下降。由于无外
            小。Tao 等    [29] 采用放电等离子烧结法制备了不同金                   力作用仅靠毛细力熔渗，无压熔渗前通常要对金刚
            刚石体积分数的金刚石/铜复合材料。重点研究了烧                            石预处理，对于预制坯的要求较高，镀层不均匀与
            结温度和金刚石的体积分数对复合材料性能的影                              铜的润湿性差或者孔隙度不够都会导致难以获得高
            响，发现随着金刚石体积分数的降低，复合材料的                             质量的复合材料；并且为降低铜的黏度，熔渗温度
            相对密度、显微组织均匀度和导热系数增加，而随                             往往会超过 1200 ℃，烧结时间通常在 1 h 以上，对
            着烧结温度的升高，材料的相对密度和热导率增大。                            于金刚石的损伤较大。尽管无压熔渗条件简单，操
                 邓佳丽   [25] 通过盐浴法和扩散法对金刚石表面进                   作方便，最易于实现，但由于存在以上缺点，无压
            行金属化处理，然后采用放电等离子烧结法制备复                             熔渗法的使用相对较少。
            合材料，在镀铬膜层厚度为 1.0 μm 左右的情况下，                            加压熔渗就是在熔渗过程中加入外力促进熔
            碳化物起到了良好的过渡作用，复合材料致密度高                             渗，使用较为广泛，效果较好。加压熔渗根据加压
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