高导热金刚石/铜复合材料研究进展

杨子豪1,2，唐伟3，马毓3，张静龙1,2，杜宝瑞1，张航1（1.中国科学院工程热物理研究所）（2.华北电力大学 能源动力与机械工程学院）（3.北京航空航天大学 材料科学与工程学院）

摘要：随着电子器件不断向小型化、集成化及高功率密度方向快速发展，高效散热成为确保设备稳定运行的关键。金刚石因其超高热导率，与高导热金属铜复合有望制备出高导热、低热膨胀系数的先进热管理材料。然而，两相界面的声学性能失配与低界面相容性阻碍了界面间热载流子传输，使得实际制备的金刚石/铜复合材料的热导率远低于理论值。为解决上述问题，研究者围绕理论模型构建、界面结构调控以及微观结构优化等方面展开了系统研究。在理论建模方面，Hasselman-Johnson（H-J）模型、声学失配模型、散射失配模型以及微分等效介质模型分别从不同角度对界面热阻进行了理论表征，但这些模型普遍基于理想界面假设，难以适用于实际复杂结构。在界面改性方面，铜基体合金化与金刚石表面金属化成为当前主流界面改性策略，显著提升了金刚石/铜复合材料的界面结合强度与热传输效率。在结构设计方面，合金元素含量、金刚石晶体取向以及中间层材料的种类与厚度等参数的协同调控是提升复合材料导热性能的关键。基于上述分析，从理论模型构建、中间层组成优化以及厚度控制精度3 个方面提出改进策略，并进一步提出一种体现组分匹配、界面结构与工艺参数协同调控的理想微观结构，旨在为金刚石/铜复合材料工程化应用提供结构设计指导与理论参考。

关键词：金刚石/铜复合材料；热导率；界面调控；影响因素