金刚石/铜复合材料制备方法、界面改性及第一性原理计算研究进展

王邦强; 李滨; 郭圣达; 吴诗桂; 杨博; 张建波; 叶莹

doi:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2024110004

粉末冶金技术 ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (1) : 89 -100. DOI: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2024110004

金刚石/铜复合材料制备方法、界面改性及第一性原理计算研究进展

王邦强, 李滨, 郭圣达, 吴诗桂, 杨博, 张建波, 叶莹

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摘要

金刚石/铜复合材料具有优异的导热性能，并且其热膨胀系数可调控，有望成为新一代热管理材料。然而，金刚石与铜之间的润湿性较差，所制备的复合材料界面结合差，存在较大空隙，导致界面之间热阻较大，影响材料的导热性能。改进烧结方法或对界面进行改性可改善界面结合差的问题，提高材料的导热能力。本文总结了常用的金刚石/铜复合材料制备方法，介绍了金刚石表面金属化和铜基体合金化两种界面改性技术，其原理均为在金刚石和铜界面中添加元素，形成相对应的碳化物层，从而改善金刚石/铜界面结合，提高材料导热性能。界面改性中常用元素有W、Mo、Cr、Ti、Zr、B等，这些元素均能有效改善复合材料界面结合问题，最高可使复合材料热导率提高到900 W·m^-1·K^-1以上。文中还介绍了第一性原理计算在金刚石/铜复合材料中的应用，第一性原理计算可以用来研究界面改善的机理，亦可预测界面改性元素对复合材料的影响，为实验提供理论指导，降低研究成本。最后，对金刚石/铜复合材料研究方向进行了展望。