金刚石金属基高导热复合材料.doc

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1、金刚石/金属基高导热复合材料基于金刚石所具有的高导热、低膨胀系数、低密度等优异物理性能，近年来正在兴起以工业金刚石颗粒作为增强体的金属基高导热复合材料。人造金刚石的成本逐渐降低，使得金刚石与传统的金属散热材料合成新型散热材料具有了可行性。这种材料作为新型散热材料显示出十分重要的应用前景。随着微电子集成技术的飞速进展，电子部件的设计和生产不断向小型化、轻量化、紧凑化、高效化的方向发展。电子部件的功率密度越来越高，导致运行过程中产生大量的热量，这些热量若不及时排除，将会严重影响电子器部件的工作稳定性和

2、安全可靠性。使用导热性能优异的热管理材料作为热沉或散热器件可以大幅度降低器件的内部和表面温度，同时也可高效、经济地利用热量，具有重要的实际意义传统金属散热材料以Ag、Cu、Al为基，虽然加工性能好、热导率高，但热膨胀系数大，若用于电子封装，受热后膨胀容易引发循环热应力致使元件损坏。将金刚石作为增强相与银、铜、铝复合，从而将金属基体优良的导热性能与增强体低膨胀、低密度的特性相结合，可大幅度提升材料的热导率，保证封装器件具有优异的热耗散性，获得与衬底相匹配的低热膨胀系数，大大降低银基、铜基复合材料的密

3、度，获得较高的弹性模量，有利于减小变形，提高封装器件的密封性能。另一方面，与纯金刚石相比，则大大提高了材料的可加工性，降低了成本，在许多领域可在很大程度上替代造价昂贵、加工困难的CVD金刚石厚膜。目前，正在研究开发的有：金刚石/铝复合材料，金刚石/铜复合材料，金刚石/银复合材料。铝基复合材料密度小，对于航天航空电子仪表封装用材料、地面通讯或便携式移动通讯电子设备等对密度有一定要求的场合，金刚石/铝复合材料具有很强的吸引力。铜金属高的热导率和低廉的价格，使金刚石/铜复合材料成为目前国际上研究范围最广

4、、成果最为突出的高导热金刚石/金属基复合材料，例如，用超高压法在1150℃/4.5GPa条件下制备而成的金刚石/铜复合材料，具有超高导热性能，其热导率达到742W/(m·K)。银在金属中具有最高的导电率和导热性，有相当高的比阻，良好的塑性和加工性，可冲制成各种形状的复杂零件，且是很好的引线框架材料。在大气条件下银不易氧化、不分解、长效、易保存。金刚石/银复合材料这些优异的导热导电综合性能，使之可用于制备对导热和导电性能有双重高要求的器件、设备，具有无限的发展潜力和应用前景。近年来，由于实际应用对高

5、导热材料需求的紧迫性，国内外已相继加大对金刚石/金属基复合材料的研发力度，并已进入商业化进程，市场前景良好。在现场工程及室内试验中，应变或应力的量测是获得工程及试验信息的基本内容。目前使用的应变片主要包括金属薄膜应变片与半导体应变片。其中，金属薄膜应变片利用金属压阻效应的原理，其灵敏系数一般较低，为2左右；半导体应变片则是利用半导体的压阻原理，灵敏系数较高，一般为50-200，但其成本一般较高。两种应变片作为应变测试元件使用时均有一定的局限性，导电复合材料的出现为研制新型压阻性敏感元件提供了新的途

6、径。Chang等利用导电聚合物复合材料制作了3×柔性传感器阵列，用于结构弯曲变形测试；并认为导电聚合物复合材料具有柔韧性、加工方便及灵活性，在特定的应用领域有可能取代常规的测试元件。Pha等研究了碳纳米管填充的有机玻璃复合材料的拉伸敏感性能，试验发现，随着应变的增大，试样的表面电阻率不断增大。Dang等研究了碳纳米管－硅橡胶导电复合材料的压阻特性，试验发现该种材料具有优越的压阻特性，经拟合处理可获得线性的压力－电阻相对值曲线。Wang等对炭黑充填硅橡胶基复合材料的压阻特性进行了较为系统的研究，试验

7、研究表明，不同含量的炭黑充填时，复合材料表现出不同的压阻特性赵等根据GEM模型获得填加炭黑的导电橡胶压阻计算模型，并由层积模型获得填加石墨的导电橡胶电阻温度计算模型，并对其理论模型进行了验证。通过实验得出以炭黑和石墨作为主要导电填料的导电橡胶可用于复合式柔性触觉传感器的压力与温度的检测。黄英等分析了测量炭黑／硅橡胶导电复合材料压阻特性时电极位置对实验数据的影响。试验发现，电极外贴于导电橡胶表面的传感器结构可获得较高的力灵敏度。其团队对柔性触觉传感器用炭黑填充硅橡胶复合材料进行了较深入研究。国内的吴

8、菊英、万影等也都对橡胶/炭黑复合材料进行了压敏性的研究。在导电聚合物复合材料领域，对炭黑填充的复合材料研究较多，而对碳纤维填充导电复合材料的敏感性研究还较少。现有研究以硅橡胶为基体、碳纤维及炭黑作为导电填料制作了两种导电橡胶复合材料，分别对其进行了单次与循环压缩试验，重点对其压缩敏感性和可重复性进行了对比分析。橡胶绝缘体中充填导电纤维或炭黑均可获得优良的导电性，并均具有较好的压缩敏感性，特别是碳纤维填充时基本具有线性的压阻特性。纤维充填的复合材料的灵敏度要高得多，而炭黑硅橡胶复合材