一、金刚石表面金属化(论文文献综述)
徐航[1](2021)在《铜基金刚石散热材料的粉末冶金制备技术研究》文中提出随着现代微电子器件、航空航天、国防科技等众多领域的高速发展,电子器件集成技术日益广泛,但高集成度的电子器件在使用过程中会产生过多的热量而使器件的温度升高,易对器件造成损害,存在着安全隐患。同时,散热能力不足也严重阻碍了电子器件性能的进一步提升。为了提高电子器件的使用安全及使用寿命,必须改良电子器件的散热功能,提高运转器件的散热效率。然而,目前在电子器件领域最常用的铝、铜等金属散热材料已无法满足新型电子器件高散热的需要。因此,开发具有较低热膨胀系数(coefficient of thermal expansion,CTE)以及较高导热系数(thermal conductivity,TC)的散热材料是目前半导体散热材料领域的一个研发重点。金刚石作为一种半导体,在固体中具有最高的导热系数,其导热系数为2000 W/m·K,远远超过各种金属,金刚石膜是作为散热材料的最佳选择。但由于金刚石膜的生产效率低、成本高,极大的限制了其应用范围。金刚石单晶颗粒自身的散热性能良好,但无法单独用于散热领域中,然而却可与铝、铜等金属结合制备成金属基复合散热材料。金刚石-铝复合材料界面产生的碳化铝相容易发生水解,使其应用受限。近年来,由于铜具有较高的导热系数和良好的化学稳定性,铜-金刚石复合散热材料得到了广泛的重视与开发。目前可行的技术手段是采用气压浸渗制备方法来制备铜-金刚石复合材料,虽然为大功率器件的高效散热提供了较佳的解决方案,但生产成本较高,所制备的散热材料较厚(约4 mm),不能应用在一些小器件上,应用不够广泛。而大量的小型化和集成化电子器件则非常需要适用的薄片散热体,因而,采用粉末冶金技术来开发制备厚度小的薄片状散热基材,是目前的工程应用急需,具有极大的发展潜力。因此,本文设计了一种铜基金刚石散热材料的粉末冶金制备工艺,从“材料-冶金-工艺”方面进行了全方位的研究,系统的考察了原材料质量、铜基体合金化、铜-金刚石界面金属化、烧结工艺参数(温度-压力-时间)及二次真空高温烧结对复合散热材料烧结组织、散热性能的影响。研究发现,原料铜粉氧含量对烧结基体的组织与性能影响极大,当铜粉氧含量从858 ppm将至116 ppm时,粉末烧结活性增强,烧结组织性能大幅度提升,其热导率则从121 W/m·K提高至328 W/m·K。采用还原处理铜粉与镀钛金刚石(体积浓度为80%)进行混合烧结制备散热样品,其热导率可达417 W/m·K。热压烧结时,随着烧结温度、压力及高温保温时间的延长,铜-金刚石复合烧结体的致密度及热导率均有不同程度的增加,但均存在着适宜的参数范围。为了增强铜基体的合金化能力,在基体中以青铜粉形式引入少量低熔点锡元素,可在一定程度上提高样品的烧结致密度。对热压烧结后的铜-金刚石复合烧结体进行真空高温烧结处理后,可在一定程度上增加铜基体组织的晶界融合长大,减少晶界数量,改善热传导性能。
晏萌[2](2021)在《金刚石/铜复合材料界面设计与性能研究》文中指出随着高集成度器件功率水平的提高,人们对热管理材料的性能提出了更高的要求。金刚石颗粒增强金属基复合材料以其导热系数高、膨胀系数低、弹性模量高、耐磨性好等特点成为新一代高性能电子封装材料的研究热点。然而,由于金属与金刚石之间的润湿性差,使得金刚石增强金属基复合材料的界面结合弱、热阻高一直是最不利的因素。一个可行的解决方案是金刚石表面金属化,表面金属化可以改善金刚石颗粒与基体的润湿性,从而大大提高复合材料的导热性能。本文采用盐浴法在金刚石颗粒表面镀Cr或Mo,使金刚石表面金属化,研究了工艺参数对镀层结构和形貌的影响,之后以表面改性的金刚石和铜粉为原料采用热压法制备金刚石/铜复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和原子力显微镜(AFM)对涂层进行了表征,对部分样品进行研磨,用扫描电镜测量涂层厚度。研究了金刚石/铜复合材料的形貌,热力学性能和力学性能。结果表明:(1)RVD金刚石真空镀Cr得到的镀层为离散的斑点状,当Cr的重量百分比增大,真空镀保温时间延长时,镀层逐渐连接起来变得完整。RVD金刚石盐浴镀Cr,当Cr的重量百分比大于8%时镀层覆盖完整,盐浴镀Cr镀层均匀,表面平整。(2)使用熔盐法在MBD金刚石表面镀铬镀层沉积速度较快。金刚石颗粒表面的铬涂层主要由Cr3C2和Cr7C3组成。随着盐浴温度的升高,涂层变得粗糙,涂层产生裂纹的几率减小。当Cr含量达到6%,盐浴时间超过40 min时,可以形成完整的涂层。随着加热时间和Cr含量的增加,涂层厚度显着增加。随着温度的升高,涂层的厚度略有增加。样品的涂层厚度在312-826 nm之间,镀层的实际厚度比理论预测厚度偏低。(3)对比MBD金刚石和RVD金刚石采用同样的表面改性方法后制得的金刚石/铜复合材料,RVD金刚石/铜复合材料的热导率普遍高于MBD金刚石/铜复合材料的导热率,这可能是由于RVD金刚石形状不规则,在热压制备金刚石/铜复合材料时,RVD金刚石在复合材料中堆积的更加致密,金刚石在复合材料中的体积百分更高,造成RVD金刚石/铜复合材料的热导率普遍高于MBD金刚石/铜复合材料的导热率。(4)金刚石表面盐浴镀Mo,镀层的形成表现出择优生长,镀层先在金刚石的{100}面生长然后在金刚石的{111}面生长。在保证镀层完整的前提的,可以得到Mo镀层的最小厚度为1.191μm。(5)金刚石表面镀Cr或Mo对复合材料的性能有极大的提升,复合材料的热导率由162 W/(m·k)最多提升到483 W/(m·k),复合材料的抗弯强度从47 MPa最多提升到243 MPa,复合材料的的热膨胀系数降低,高温下稳定性进一步提升。
卫陈龙[3](2020)在《面向聚变堆应用的金刚石复合钨基材料的制备和组织性能研究》文中提出钨及钨基复合材料因具有耐高温、高强度以及低溅射率等优良性能在热核聚变面向等离子体部件材料中受到高度重视,如用钨作为第一壁材料,W-Cu作为连接材料等。上述应用中,对材料的热性能提出了很高的要求。利用金刚石(Diamond,简称D)优异的导热性能制备金刚石/铜基、银基复合材料已获得了成功应用。但是金刚石的热稳定性存在一定的不足,在面向等离子体部件应用的钨及钨基材料中引入金刚石的可行性,及其对材料的组织性能影响的研究相对较少。本博士论文尝试在相关钨基材料中加入金刚石,开展金刚石/钨、金刚石/W-Cu等复合材料的制备、组织结构和性能的研究,以改善和提高面向等离子体部件的热性能。全文主要研究内容和结论如下:(1)由于金刚石与金属的结合界面对金刚石/金属基复合材料的性能有明显的影响,论文首先采用微波加热盐浴镀(MHSBP)方法对金刚石颗粒表面镀钨和钛。结果显示采用MHSBP方法在1200℃下保温20 min可在金刚石颗粒表面形成W镀层,在W镀层和金刚石间形成WC、W2C中间层,镀层总厚度约200 nm,镀层表面起伏峰值达670 nm,镀层与金刚石结合紧密。采用MHSBP方法在850℃下保温20 min可在金刚石表面获得完整致密的钛镀层,而采用常规盐浴镀覆方法在900℃下保温120 min才获得表面相对完整的钛镀层。(2)传统化学镀铜需要使用贵金属钯等作活化剂,本论文发展了一种新颖的钨镀层敏化活化(TCSAEP)方法实现金刚石颗粒表面化学镀铜。结果表明,60℃、Cu SO4·5H2O浓度19.6 g/L时,MHSBP方法所得镀钨金刚石表面可直接进行化学镀铜,镀层成分由金刚石向外依次为WC、W2C、W和Cu。920℃微波烧结制备的镀铜金刚石/铜复合材料相对密度和热导率分别达到98.8%和522 W/(m·K),明显优于相同条件制备的未镀金刚石/铜复合材料的相对应性能(92.3%、265W/(m·K))。(3)采用MHSBP方法所得镀钨金刚石颗粒以及化学镀所得W-Cu复合粉体为原料,通过微波烧结制得金刚石/W-30Cu复合材料。结果显示镀钨金刚石含量为4 wt.%时,金刚石/W-30Cu复合材料热导率达到最高值239.56 W/(m·K),比未添加金刚石颗粒的W-30Cu复合材料的热导率高出近17%。理论计算得出镀钨金刚石/W-30Cu复合材料中镀钨金刚石和W-Cu间总界面热阻为2.08×10-8m2·K/W,远低于未镀金刚石与W-Cu间的界面热阻(7491×10-8m2·K/W)。(4)基于面向等离子体部件的服役环境,设计出在W-Cu功能梯度材料(FGM)(W-10Cu/W-20Cu/W-30Cu/W-40Cu)的W-40Cu层中添加5 wt.%的镀钨金刚石并通过微波烧结制备金刚石/W-Cu FGM。实验结果表明,1200℃微波烧结30 min所得镀钨金刚石/W-Cu FGM相对密度为94.66%。以W-40Cu-5Diamond面为受压面时金刚石/W-Cu FGM抗弯强度为550.5 MPa,比W-Cu FGM的抗弯强度(730.5MPa)有所降低,但是镀钨金刚石/W-Cu FGM的热导率达到220.38 W/(m·K),高于相同条件下制备的W-Cu FGM的热导率(209.63 W/(m·K))。经功率密度为0.64GW/m2的激光热冲击后金刚石/W-Cu FGM整体结构保持稳定。(5)由于金刚石在高温下的稳定性存在一定不足,本文尝试采用放电等离子烧结(SPS)制备金刚石/钨复合材料。结果发现,1600℃经SPS快速烧结3 min制备的5 wt.%未镀金刚石/钨复合材料的密度、热扩散系数和热导率分别为14.69g/cm3、80.86 m2/s和180.55 W/(m·K)。相比之下,镀钨金刚石/钨界面结合更加紧密,其相对应性能分别提升到15.13 g/cm3、85.16 m2/s和192.91 W/(m·K)。经总通量为4×1022 ions/m2的氦离子辐照后,镀钨金刚石/钨复合材料中金刚石被破坏,证实了本论文将金刚石颗粒引入纯铜和W-Cu FGM高铜区域的合理性。
邵伟[4](2020)在《带状电子注太赫兹行波管的理论与实验研究》文中研究说明在THz(太赫兹)真空电子辐射源中,行波管因具有高功率容量、宽工作带宽等优势,近年来成为辐射源的优先选择。在众多行波管中,交错双栅行波管因其具有的天然带状电子注通道和简单的二维全金属结构等优势在业内受到广泛关注。交错双栅行波管工作在THz频段时,由于尺寸共渡效应、加工工艺以及导体损耗等因素的影响,会出现功率大幅降低、结构形变等问题,且加工实现困难。本文以太赫兹交错双栅行波管为研究对象,重点研究了加工方式及精度对交错双栅慢波结构的性能影响、慢波结构中的高导体损耗、太赫兹波段输出窗的快速算法设计以及行波管输出功率提升等关键问题,主要研究内容分为五部分,主要工作和创新点如下。1、为了降低实际加工方式及精度对交错双栅行波管的性能影响,提出了340GHz倒圆角交错双栅慢波结构,并对慢波传输和注波互作用特性进行研究。在模拟研究基础上,对倒圆角交错双栅慢波结构进行加工与冷测实验,冷测实验结果表明,高频结构的电压驻波比在335GHz到344GHz范围内均小于2,与模拟结果趋势基本一致。此外,针对适用于340GHz倒圆角交错双栅行波管的电子光学系统和金刚石盒型窗开展了理论研究,并对盒型窗进行实验工作,实验结果表明,在334GHz到355GHz频率范围内电压驻波比测试结果均小于1.35。2、为了解决传统的脊加载输入/输出耦合结构在THz频段难以加工实现的问题,提出了H面馈入式矩形波导能量耦合结构,将其应用至340GHz倒圆角交错双栅行波管,在40GHz带宽内实现了良好的传输性能,验证了该H面馈入型结构的可行性。在此基础上对慢波结构进行实验研究,传输系数测试结果在327GHz到345GHz范围内基本保持在-8d B左右,反射系数测试结果约为-10d B。此外,为了进一步提升电子光学系统流通率和盒型窗性能,采用圆形阴极方案设计的电子枪在近50mm长度内实现96%的流通率,采用改进方案的盒型窗反射系数测试结果在20GHz带宽内均小于-15d B。3、为了解决因尺寸共渡效应及导体损耗导致的行波管输出功率大幅降低的问题,采用功率合成技术对340GHz交错双栅行波管进行研究,提出了堆叠型双带状注电子枪概念,并对堆叠型双电子注的成形、聚焦和注波互作用进行了模拟分析。该堆叠型双电子注在50mm长度内实现了97.1%的流通率,且输出功率在315GHz到350GHz范围内均大于5W。4、为了研究更高工作频率对交错双栅行波管的性能影响,针对850GHz交错双栅行波管的关键部件进行模拟研究,并分别采用激光切割技术和MEMS加工技术对该高频结构进行加工实现,对比由不同加工方式得到的实验样品结构特征,结果表明MEMS加工技术在加工850GHz交错双栅结构时具有相对高的精度,为后续实验工作的开展奠定了基础。5、为了提高THz频段的盒型窗计算能力,针对THz频段金刚石盒型窗开展了理论分析与实验研究,提出了一种普遍适用于盒型窗的通用快速算法,并将其应用于220GHz和340GHz金刚石盒型窗。经对比,该算法的计算精度与CST软件基本相同,计算速度提升逾110%。此外,两个频段对应的金刚石盒型窗冷测结果与快速算法计算结果之间吻合度较好,验证了该快速算法的可靠性。
郭开金[5](2020)在《高导热金刚石/铝复合材料界面构建及组织性能研究》文中指出电子设备的飞速发展,使得电子系统和元器件的功耗和发热量急剧增大,因此,解决电子设备的散热问题显得尤为重要。金刚石/铝复合材料由于低密度、高导热和热膨胀系数可调等优势,而成为新型热管理材料的研究热点。本文采用无压浸渗工艺制备金刚石/铝复合材料,分别研究了浸渗温度和金刚石颗粒表面镀层对复合材料的组织和热物理性能的影响规律。通过Hasselman-Johnson(H-J)模型计算金刚石颗粒的粒径对复合材料热导率的影响规律,基于研究结果实验中选用了平均粒径为113.26μm的金刚石颗粒。通过分析金刚石石墨化规律以及金刚石与铝基体润湿性和界面反应的热力学规律,确定了无压浸渗工艺温度区间。随着浸渗温度的降低,金刚石/铝复合材料中的组织缺陷有所增加,结合两相润湿角的热力学分析,其原因主要是金刚石与铝液的润湿性随着浸渗温度的降低而下降,弱化了界面结合状态,导致复合材料的热导率下降。随着浸渗温度从950℃降低到850℃,金刚石/铝复合材料的热导率由388.33W/(m·K)下降到204.3 W/(m·K)。850℃制备的金刚石/铝复合材料热膨胀系数的明显上升与复合材料的金刚石颗粒体积分数降低有关。为了抑制金刚石与铝的界面反应,对金刚石颗粒进行表面镀膜,结合声学失配模型(AMM)、微分有效介质模型(DEM)和H-J模型,综合分析了镀层种类、镀层厚度、颗粒粒径和体积分数对镀层金刚石/铝复合材料导热性能的影响规律,并确定最佳的金属镀层材料为W、Mo。镀Mo金刚石/铝复合材料中大部分Mo镀层包覆在金刚石颗粒表面,另外在金刚石颗粒周围存在少量白色块状相,EDS能谱分析显示其主要元素包括Al、Mo和Si;镀W金刚石/铝复合材料中W镀层几乎都转变成白色块状相聚集在金刚石颗粒周围,其主要元素包括Al、W和Si;这两种白色块状相的存在,一方面降低了镀层对金刚石-铝界面反应的抑制作用,复合材料仍存在Al4C3脆性相,另一方面增加复合材料的界面热阻,使镀层金刚石/铝复合材料的热导率有所降低,其中镀Mo和镀W复合材料热导率分别为322.24 W/(m·K)和338.64 W/(m·K)。
王硕[6](2020)在《电子封装用金刚石铜复合材料的制备及性能研究》文中研究说明随着集成电路芯片向大功率、高集成度方向发展,传统电子封装材料的散热性能已不能满足当前需求。金刚石/铜复合材料具有高导热、低膨胀特性,成为新一代电子封装材料研究的热点,但因金刚石和铜不润湿,导致两相界面结合弱,无法得到理想的高导热复合材料。本课题采用放电等离子烧结(SPS)和气压浸渗工艺,结合金刚石表面金属化和铜基体合金化方式引入碳化物界面层改善界面结合,提高复合材料的导热性能。主要研究结果如下:采用SPS制备方法,研究了金刚石镀膜工艺对复合材料性能的影响。以体积分数为50%的165μm裸料金刚石和纯铜粉为原料制备金刚石/铜复合材料,获得的最佳工艺为:烧结温度930℃,烧结压力50MPa,保温保压10min。在此基础上,对不同类型镀膜(Ti、Cr、W)金刚石制得的复合材料性能进行比较,发现镀Cr金刚石更有利于改善界面结合。在镀Cr层厚度为470nm时,复合材料的界面结合强度好,致密化程度高,导热系数可达572.9W/(m·K),热膨胀系数为6.72×10-6/K。采用SPS制备方法,研究了纯铜粉分别掺杂Ti、Zr、Cr粉的工艺对复合材料性能的影响。研究发现,掺杂三种粉末均可在复合材料界面形成碳化物层。当三种粉末的体积分数达到3%时,复合材料的导热性能达到最优,分别为562.1W/(m·K)、583.2W/(m·K)和542.4W/(m·K),此时复合材料的界面多为冶金结合,致密化程度远高于未掺杂的复合材料,热膨胀系数达到应用标准。与采用雾化铜合金粉的复合材料制备工艺相比,掺杂制备工艺简单,成本低,材料性能稳定,适用于金刚石/铜复合材料的批量生产。此外,通过对复合材料界面导热机理的讨论,结合AMM模型对界面热阻进行计算,发现适当厚度的界面层对复合材料的高导热性起到关键作用。采用气压浸渗制备方法,研究了金刚石镀膜和铜基体合金化工艺对复合材料性能的影响。利用镀膜(Cr)金刚石和纯铜浸渗工艺以及裸料金刚石和铜合金(Cu-Zr、Cu-Cr-Zr)浸渗工艺均可在复合材料界面形成碳化物层,改善界面结合。将上述两种手段相结合,发现采用镀Cr金刚石(镀层厚度180nm)和Cu-Zr合金浸渗工艺制备的复合材料导热系数最高,可达684.7W/(m·K),为高性能复合材料的制备提供了一种新方法。
位松[7](2020)在《基于液态金属强化传热的双连续相热界面材料研究》文中研究说明近年来,随着集成电路发热功耗的越来越高,如何有效降低芯片与散热单元之间的热阻抗显得愈加重要,特别是在某些高功率电子产品的热管理方案中,热界面材料的选择以及配套的装配工艺已经成为最为关键的技术环节。镓基液态金属具有流动性好,化学性质稳定,热导率高,无毒无害的特点,是一种优秀的热界面材料备用选择。但镓基液态金属作为热界面材料存在以下亟待解决的关键问题:(1)液态金属有可能从芯片与热沉的间隙溢出,造成电子元器件短路;(2)镓及镓合金的表面张力高达0.5~0.72N/m,与基材的润湿性比较差;(3)镓的年产量不足300吨,需要尽量减少镓的使用量。本文设计了一种基于液态金属强化传热的双连续相复合热界面材料,以液态金属为连接剂桥接金刚石颗粒三维导热网络通道,采用有机硅树脂浸渗填充三维网络之间的孔隙。建立了三维网络结构液态金属/高分子复合热界面材料的制备技术及工艺流程。观察了材料的微观组织与结构,证实了材料具有“液态金属/金刚石”三维骨架与有机硅弹性体双连续相结构。分析了多孔结构三维传热骨架的形成机理以及液态高分子在多孔介质中的浸渗机理。论证了三维传热骨架中连续贯通式孔隙的形成源于金刚石颗粒填充与堆垛结构的自有间隙和粉体压制成型中的拱桥效应。液态高分子在多孔介质中的浸渗充填过程是液体重力、摩擦阻力以及端部紊流引起的非线性力等阻力和毛细作用诱导力共同作用的结果。为了提高液态金属/金刚石的界面热导,采用磁控溅射技术进行金刚石粉体表面金属化,使得液态金属与金刚石间形成“金刚石-碳化铬-铬-液态金属”多层界面结构——碳化铬过渡层有利于降低金属/非金属异质材料间的界面声子散射,金属铬与液态金属润湿良好而且能够抵抗液态金属的腐蚀。在液态金属/镀铬金刚石复合材料的耐久性实验中,当热时效温度≤120℃时,金刚石表面镀层没有被液态金属完全溶解,也没有转变为金属间化合物,而且复合材料导热性能仅仅小幅度下降,说明该多层界面结构能够在低温条件下长期稳定服役。同时,推导了三层样品背面温升的理论公式并编写了迭代拟合程序,配合微分有效介质模型计算得到液态金属/金刚石的界面热导为15 × 106 W/(m2·K)。探讨了液态金属/金刚石的使用比例与材料压制成型工艺对热界面材料热导率的影响。发现热界面材料的导热系数随着液态金属与金刚石的使用比例和粉体压制成型应力的增加而增加,热界面材料的热导率可以达到29 W/(m·K)。液态金属与金刚石的使用比例主要影响金刚石表面的液态金属包覆量,粉体压制应力主要影响金刚石颗粒的平均表面间距以及拱桥效应形成的孔隙量,它们通过控制金刚石颗粒之间接触点数量与接触面积大小来影响热界面材料导热性能。探讨了金刚石的热导率与颗粒度、液态金属的热导率、金刚石与液态金属的界面热导对热界面材料导热性能的影响,发现热界面材料导热系数对液态金属热导率与液态金属/金刚石界面热导的变化更为敏感,相对而言对金刚石热导率的变化不太敏感。研究了粉体压制成型应力、液态金属与金刚石比例、高分子基体强度等因素对热界面材料压缩力学性能的影响。发现在粉体成型压力比较低时,液态金属/金刚石三维骨架的结构较为疏松,具有较高的不稳定性;而施加比较高的成型压力时,三维骨架的结构较为致密,颗粒之间具有更高的摩擦力、机械咬合力,所以随着粉体压制成型应力的增加,热界面材料压缩变形需要的应力逐步增大。发现当有机硅橡胶强度较高时,高分子基体本身发生压缩变形需要更大的压力,而且高分子基体对金刚石颗粒位移的限制作用也更强,热界面材料的压缩需要的应力更大。此外,由于金刚石颗粒填充与堆垛结构自有间隙的尺度远小于拱桥效应形成的孔隙,当液态金属的使用比例增加时,液态金属优先填满自有间隙,此时拱桥效应形成的孔隙并不会发生显着变化,所以液态金属与金刚石比例对热界面材料压缩变形行为的影响较小。采用接近实际应用场景的稳态热流法测试该热界面材料的总热阻抗、界面接触热阻和热导率,得到热界面材料的热导率为20.4 W/(m.K),界面接触热阻为0.206 K·mm2/W,优于目前报道的绝大多数热界面材料。热界面材料在发生压缩变形时,液态金属会从热界面材料的表面析出,与干净的金属基板发生润湿反应,形成类似常温“钎焊”的界面结合,从而得到极低的界面接触热阻。研究了“镍/单晶锡/镍”微焊点电迁移的各向异性,制作了四种不同取向的单晶锡焊点进行电迁移实验,发现了 Ni3Sn4在单晶锡表面与阳极焊盘处呈选择性与规则性分布的现象,探讨了四种取向单晶锡焊点极性效应的差异,使用“各向异性晶体中的电迁移原子流方程”对单晶锡中电迁移的极端各向异性现象进行了动力学分析,讨论了锡晶粒取向对电迁移诱发焊点失效的机制的影响,阐明了金属间化合物在焊点阳极界面的某些局部位置极端快速生长的机理,解释了金属间化合物在某些特定的晶界或晶面上选择性形成的原因。
徐俊[8](2019)在《金刚石盐浴镀钛对金刚石/铝复合材料组织及性能的影响》文中进行了进一步梳理随着电子信息技术的不断进步,电子器件向着高温、高频、高功率密度方向发展,电子器件对散热要求越来越高。金刚石/铝复合材料以其优异的热物理性能,成为新一代理想的电子封装材料。本文采用盐浴法在金刚石表面镀钛,探究最佳镀覆工艺参数。采用气压浸渗法制备了金刚石/铝复合材料,研究了金刚石镀钛对复合材料相对密度、热导率以及热膨胀系数的影响,同时对复合材料在干湿交替和热循环环境下性能稳定性进行了研究,并与裸料金刚石/铝复合材料进行了对比。主要研究结果如下:采用盐浴法在780℃下保温90min即可在金刚石表面镀覆较薄的镀层,镀层由TiC层和少量钛颗粒组成。随保温时间增长,镀层厚度不断增加,镀层均匀性与致密性提高。根据金刚石镀钛时的增重和镀钛金刚石腐蚀时的失重建立了镀层厚度理论计算模型,对其误差进行分析并与XPS测试结果对比,可确保镀层厚度可控。盐浴镀钛金刚石颗粒经800℃、1h高温烘烤后镀层未剥离,表明镀层结合力良好。当镀层厚度由180nm增加到550nm时,镀钛金刚石/铝复合材料的热导率先增加再降低。当镀层厚度为320nm时,复合材料的热导率为502W/(m·K),25~300℃的平均热膨胀系数为8.25×10-6/K,满足电子封装材料的使用要求。金刚石表面镀钛可以消除金刚石与铝基体间的选择性界面结合,有效改善界面润湿性,从而提高复合材料的相对密度,降低热膨胀系数,同时抑制界面处Al4C3生成。由于镀钛层会引入新的界面热阻,从而会在一定程度上降低复合材料热导率,这与AMM模型的计算结果吻合。裸料金刚石/铝复合材料界面处会生成大量Al4C3,其易潮解特性会导致性能衰退。研究表明,在干湿交替环境下放置30天后,裸料金刚石/铝复合材料的热导率从558 W/(m·K)下降到507 W/(m·K),衰退9.1%;而镀钛金刚石/铝复合材料的热导率从458 W/(m·K)下降到446W/(m·K),仅衰退2.6%。裸料金刚石/铝复合材料在25~125℃下热循环100次后,热导率从564 W/(m·K)下降到509 W/(m·K),下降9.8%;而镀钛金刚石/铝复合材料经100次热循环后热导率基本无变化。上述原因在于金刚石表面镀钛后,可以有效抑制界面产物Al4C3的生成,从而提高复合材料在干湿交替和热循环环境下性能的稳定性。
苑孟颖[9](2019)在《金刚石/铜基复合材料的界面设计及导热性能研究》文中进行了进一步梳理电子技术功率密度的不断增加使得电子器件工作温度升高,如何高效散热成为限制其发展的关键问题。传统热管理材料已不能满足电子封装的发展要求,开发兼备更高导热、热膨胀可调的新型热管理材料势在必行,金刚石/铜基复合材料由于其耐热、耐蚀、高导热、低膨胀的优势已成为研究热点。金刚石与铜不润湿、不反应,直接复合难以实现界面结合,导热性能不佳,通过金刚石表面金属化或铜基体合金化引入界面改性层已被证实可有效解决这一问题。用于界面改性的元素种类及改性层厚度多样,加之实验影响因素复杂,难以根据文献报道结果确定最佳界面层。针对金刚石/铜基复合材料界面设计与界面改性问题,本论文首先通过理论计算优化了金刚石/铜界面改性的方向,进而通过金刚石溶胶镀钨实验证实了界面改性的有效性,探讨了镀层微观结构对界面结合状态及复合材料热导率的影响。主要得到以下结论:1、基于声失配理论、延伸的扩散失配模型及有效介质模型建立了界面层物理模型,系统评估了不同界面改性层对金刚石/铜界面热导和复合材料热导率的影响。研究表明,理想界面改性层应具有纳米尺度的厚度、高本征热导率和高声子速度、在铜中溶解度低。随界面改性层厚度增加,复合材料热导率降低,尤其对于本征热导率低的界面改性层,如ZrC、TiC、Mo2C、Cr3C2、Cr7C3;界面改性层碳化物转化影响导热性能,部分碳化的界面改性层可兼备非碳化物的高本征热导率和碳化物的高声子速度,有利于获得高热导率,但对于碳化物本征热导率较低的Mo、Cr等,应严格控制碳化物转化;综合考虑各方面因素,W-WC界面改性层是制备高导热金刚石/铜基复合材料的理想选择。2、界面改性层的微观结构是影响复合材料导热性能的关键因素,存在难以兼顾改性层完整性和厚度的问题。为此,本研究以金刚石表面溶胶镀钨为例,从金刚石表面状态出发优化界面改性层结构。通过真空热处理增加金刚石表面缺陷,制备了纳米尺度、均匀性良好的钨镀层,并研究了其对金刚石/铜基复合材料热导率的影响。研究表明,真空热处理在金刚石表面引入蚀坑,键合状态发生变化,sp2所占比例增加,缺陷密度增加。金刚石经真空热处理后再溶胶镀钨对提高金刚石/铜基复合材料热导率具有积极作用,与直接复合样品相比,热导率最高可提高59.5%,达到453W/mK。
张洪迪[10](2018)在《表面金属化金刚石/铜复合材料导热模型、界面结构与热变形行为研究》文中提出随着电子技术的迅猛发展,电子器件不断趋于小型化、多功能化和集成化,高功率电子器件在运行过程中会产生大量的热量,温度的升高以及芯片与封装材料间热失配都将显着降低器件的工作效率和使用寿命。为有效解决器件的散热问题,迫切需要具有高热导率和低热膨胀系数的热管理材料。近年来,国内外对金刚石/铜复合材料开展了大量研究,通过复合具有高热导的金刚石和具有良好塑性的铜,可实现高热导率与热膨胀系数可调,在集成电路、新能源以及交通运输领域体现了巨大的应用潜力。然而在金刚石/铜复合材料的应用研究中仍然存在诸多尚待解决的问题,比如导热模型往往忽略粒径的实际分布而导致预测精度降低;为改善界面结合需要对金刚石表面金属化处理,但金刚石表面金属化演变机制仍不清晰;此外,由于金刚石具有超高硬度,增加了金刚石/铜界面结构表征的难度,也导致金刚石/铜复合材料的热变形困难。基于以上问题,本文结合高斯分布函数和微分有效介质模型对颗粒增强金属基复合材料的热导率进行预测;通过微结构分析揭示了金刚石表面金属化演变机制,并给出金刚石不同晶面与铜形成的界面结构;采用放电等离子烧结制备金刚石/铜复合材料,结合热/力模拟方法系统研究了金刚石/铜复合材料的热变形行为,为高性能金刚石/铜复合材料的研发提供科学依据。主要研究结果如下:(1)微分有效介质模型计算表明金刚石/铜复合材料的热导率随着界面过渡层厚度的增加而降低,当界面过渡层厚度小于630 nm时,碳化物对复合材料热导率的促进作用符合以下顺序:WC>ZrC>Cr3C2>TiC>Mo2C;当厚度大于630 nm时符合以下顺序:WC>ZrC>Cr3C2>Mo2C>TiC。利用高斯分布粒径取代平均粒径,并通过高斯函数拟合金刚石的实际粒径分布,在DEM模型的基础上,提出高斯分布-微分有效介质算法和高斯混合分布-微分有效介质算法,分别用于预测单目数和双目数金刚石增强金属基复合材料的热导率,结合文献报道数据验证了算法的正确性和高预测精度。此外,计算结果表明金刚石粒径的分散度越小,金刚石/铜复合材料的热导率越大;(2)利用微结构分析揭示了金刚石表面金属化演变机制。通过调节金刚石与Cr的反应温度和反应时间控制碳化物Cr3C2的形成,统计分析Cr3C2的生长过程,结果表明金刚石表面金属化经历弥散生长、择优生长、完全金属化转变和择优开裂四个阶段,并通过W和MoO3验证了该演变机制的通用性。相同反应条件下,金刚石(100)表面碳化物择优生长;在过高反应温度下,金刚石(111)表面生成的碳化物择优开裂。利用物相检测和表面形貌分析确定了通过Cr、W和MoO3实现金刚石表面完全金属化转变的条件分别为900℃/60 min、1050℃/60min和1000℃/60 min;(3)利用放电等离子烧结在920℃、50 MPa压力下烧结10 min制备50 vol.%金刚石/铜复合材料,表面镀Cr、W和Mo金刚石/铜复合材料的热导率分别为413 W/mK、392 W/mK和403 W/mK,热膨胀系数分别为11.7×10-6 K-1、13×10-6 K-1和12.2×10-6 K-1。镀Cr金刚石/铜复合材料的界面结构分析表明金刚石(100)/铜界面由金刚石、Cr3C2和铜三部分构成,而金刚石(111)/铜界面则由金刚石、非晶碳、Cr3C2和铜四部分构成。非晶碳原子的存在将引起界面处金刚石晶格和碳化物晶格畸变并引入界面残余应力,导致金刚石(111)表面碳化物层择优开裂;(4)基于热压缩测试,构建了金刚石/铜复合材料的热变形本构方程和热加工图,研究了金刚石/铜复合材料的热变形行为,并确定了复合材料的安全变形区与失稳区参数。当挤压比为10:1时,分别在850℃/0.036 s-1、880℃/0.036 s-1条件下成功制备了热挤压金刚石/铜复合材料和热挤压镀Cr金刚石/铜复合材料。热挤压后,镀Cr金刚石/铜复合材料接近完全致密,热导率由413 W/mK提高至487 W/mK,热膨胀系数由11.7×10-6 K-1降低至10.5×10-6 K-1。未表面处理和表面镀Cr金刚石/铜复合材料的热变形激活能分别为206 kJ/mol和238kJ/mol,根据界面TEM检测可知,通过Cr3C2实现了金刚石和铜的界面结合,大量位错在金刚石颗粒周围聚集,增加了金刚石/铜复合材料的变形难度,导致热变形激活能升高。本文所提出的金刚石表面金属化-放电等离子烧结-热挤压变形制备工艺,可为高热导率、低热膨胀系数金刚石/铜复合材料的研发提供更多研究思路。
二、金刚石表面金属化(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、金刚石表面金属化(论文提纲范文)
(1)铜基金刚石散热材料的粉末冶金制备技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 超硬材料 |
1.2 金刚石简介 |
1.2.1 金刚石的力学性质 |
1.2.2 金刚石的物理性质 |
1.2.3 金刚石的化学性质 |
1.2.4 金刚石的应用 |
1.3 散热材料简介 |
1.4 金刚石散热材料的研究进展 |
1.5 粉末冶金技术简介 |
1.6 选题的目的及意义 |
1.6.1 课题的研究目的 |
1.6.2 课题的研究意义 |
第二章 实验方法与测试技术 |
2.1 实验方案设计 |
2.1.1 原料处理及冷压制坯 |
2.1.2 还原坯体的初始热压致密化 |
2.1.3 热压片体的真空致密化烧结 |
2.1.4 烧结成品表面净化处理 |
2.1.5 热导系数测试 |
2.1.6 基体热膨胀系数测试 |
2.1.7 样品的制备与分析 |
第三章 铜基金刚石散热材料的粉冶制备及组织性能分析 |
3.1 铜的基本特性简介 |
3.1.1 锡青铜简介 |
3.1.2 金刚石的导热机制 |
3.1.3 铜-金刚石复合材料的导热影响因素 |
3.2 热压烧结温度对原始粉末烧结致密度及热导率的影响 |
3.2.1 温度对原始电解铜粉烧结致密度的影响 |
3.2.2 不同致密度的原粉烧结体的热导率变化 |
3.3 还原温度对电解铜粉氧含量的影响 |
3.4 还原坯体氧含量对烧结致密度/组织状态及热导率的影响 |
3.5 烧结压力对烧结致密度及热导率的影响 |
3.5.1 烧结压力对不含金刚石的还原铜粉烧结致密度的影响 |
3.5.2 烧结压力对含有金刚石烧结样品的致密度及热导率的影响 |
3.6 高温保温时间的影响 |
3.7 金属基体合金化对烧结致密度及热导率的影响 |
3.8 金刚石表面金属化对复合烧结体热导率的影响 |
3.8.1 镀Ni金刚石 |
3.8.2 镀Ti金刚石 |
3.9 金刚石浓度及粒度对热导率的影响 |
3.9.1 金刚石浓度对热导率的影响 |
3.9.2 金刚石粒度对热导率的影响 |
3.10 真空二次烧结致密化对热导率的影响 |
3.11 本章小结 |
第四章 结论与展望 |
4.1 结论 |
4.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的科研成果 |
致谢 |
(2)金刚石/铜复合材料界面设计与性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 金刚石/铜复合材料 |
1.2.1 金刚石的结构与性质 |
1.2.2 金刚石/铜复合材料研究现状 |
1.3 金刚石/铜复合材料的界面改性方法 |
1.3.1 铜基合金的合金化 |
1.3.2 金刚石表面的金属化 |
1.4 金刚石/铜复合材料制备工艺 |
1.4.1 放电等离子烧结 |
1.4.2 真空热压法 |
1.4.3 粉末冶金法 |
1.4.4 高温高压法 |
1.4.5 液相浸渗法 |
1.5 金刚石/铜复合材料导热性能的影响因素 |
1.6 金刚石/铜复合材料热导模型 |
1.7 金刚石/铜复合材料有限元分析 |
1.8 本文研究内容及意义 |
第二章 实验材料与测试方法 |
2.1 实验原料与实验设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 实验工艺流程 |
2.3 金刚石表面金属化 |
2.4 真空热压法制备复合材料 |
2.5 样品表征及性能测试 |
2.5.1 性能测试 |
2.5.2 材料表征 |
第三章 RVD金刚石真空镀与盐浴镀 |
3.1 RVD金刚石真空镀铬 |
3.1.1 样品制备 |
3.1.2 物相分析 |
3.1.3 RVD金刚石真空镀镀层形貌 |
3.2 RVD金刚石盐浴镀 |
3.2.1 RVD金刚石盐浴镀镀层形貌 |
3.3 复合材料性能表征 |
3.3.1 真空镀复合材料断口形貌 |
3.3.2 盐浴镀复合材料断口形貌 |
3.3.3 复合材料热导率分析 |
3.3.4 复合材料热膨胀系数分析 |
3.3.5 复合材料抗弯强度分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 MBD金刚石盐浴镀Cr及其复合材料 |
4.1 MBD金刚石盐浴镀Cr |
4.1.1 样品制备 |
4.1.2 金刚石镀Cr热力学分析 |
4.1.3 镀Cr金刚石物相分析 |
4.1.4 镀Cr金刚石镀层形貌 |
4.1.5 镀层表面粗糙度分析 |
4.1.6 盐浴镀机理分析 |
4.2 镀层厚度分析 |
4.2.1 球型模型计算镀层厚度 |
4.2.2 镀层厚度SEM图像分析 |
4.3 金刚石/铜复合材料 |
4.3.1 复合材料断口形貌 |
4.3.2 复合材料热导率分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 MBD金刚石盐浴镀Mo及其复合材料 |
5.1 金刚石盐浴镀钼 |
5.1.1 样品制备 |
5.1.2 镀Mo金刚石成分分析 |
5.1.3 镀Mo金刚石镀层形貌 |
5.1.4 镀层厚度 |
5.2 金刚石/铜复合材料 |
5.2.1 复合材料的断口形貌 |
5.2.2 镀层厚度对热导率的影响分析 |
5.2.3 复合材料热膨胀系数分析 |
5.2.4 复合材料抗弯强度分析 |
5.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的学术成果 |
(3)面向聚变堆应用的金刚石复合钨基材料的制备和组织性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 面向聚变堆应用的钨基材料的研究现状 |
1.3 金刚石/金属基复合材料 |
1.3.1 金刚石/金属基复合材料的主要品种和性能 |
1.3.2 金刚石/金属基复合材料界面问题 |
1.4 金刚石颗粒表面金属化 |
1.4.1 金刚石颗粒表面金属化原理 |
1.4.2 金刚石颗粒表面镀覆金属方法 |
1.4.3 镀钨金刚石/铜复合材料研究进展 |
1.5 第二相复合钨材料及W-Cu复合材料 |
1.5.1 第二相复合钨材料 |
1.5.2 第二相复合W-Cu复合材料 |
1.6 粉末冶金快速烧结技术 |
1.6.1 微波烧结 |
1.6.2 放电等离子烧结 |
1.7 本论文选题的目的意义及主要研究内容 |
第二章 金刚石颗粒表面MHSBP方法镀钨和钛 |
2.1 引言 |
2.2 实验 |
2.2.1 实验原料及仪器设备 |
2.2.2 金刚石颗粒MHSBP方法镀钨和钛 |
2.2.3 镀钛金刚石/铜和镀钛金刚石/钨复合材料的制备 |
2.2.4 测试和表征 |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 MHSBP方法所得镀钨金刚石颗粒微观组织结构 |
2.3.2 镀覆工艺参数对镀钨金刚石颗粒镀层组织结构的影响 |
2.3.3 MHSBP方法所得镀钛金刚石颗粒微观组织结构 |
2.3.4 金刚石颗粒在MHSBP过程中镀层形成机理研究 |
2.3.5 镀钛金刚石/铜和镀钛金刚石/钨复合材料的微观组织 |
2.4 本章小结 |
第三章 金刚石颗粒表面TCSAEP方法镀铜及其金属基复合材料的制备 |
3.1 引言 |
3.2 实验 |
3.2.1 实验原料及仪器设备 |
3.2.2 TCSAEP方法制备镀铜金刚石颗粒的工艺 |
3.2.3 镀铜金刚石/铜复合材料的制备 |
3.2.4 测试和表征 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 TCSAEP方法所得镀铜金刚石颗粒的测试分析结果 |
3.3.2 工艺参数对TCSAEP方法制备镀铜金刚石颗粒的影响 |
3.3.3 TCSAEP方法制备镀铜金刚石颗粒机理分析 |
3.3.4 镀铜金刚石/铜复合材料组织性能研究 |
3.4 本章小结 |
第四章 微波烧结制备镀钨金刚石/W-30Cu复合材料及其组织性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验 |
4.2.1 实验原料及仪器设备 |
4.2.2 W-30Cu复合粉体的制备 |
4.2.3 镀钨金刚石/W-30Cu复合材料的制备 |
4.2.4 测试和表征 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 镀钨金刚石/W-30Cu复合材料的微观组织 |
4.3.2 镀钨金刚石/W-30Cu复合材料的热导率及理论分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 微波烧结制备镀钨金刚石/W-CuFGM及其组织性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验 |
5.2.1 实验原料及仪器设备 |
5.2.2 镀钨金刚石/W-CuFGM的制备过程 |
5.2.3 测试和表征 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 镀钨金刚石/W-CuFGM和W-CuFGM的微观结构 |
5.3.2 镀钨金刚石/W-CuFGM和W-CuFGM的力学及物理性能 |
5.3.3 镀钨金刚石/W-CuFGM抗热冲击性能 |
5.4 本章小结 |
第六章 金刚石/钨复合材料的制备及抗辐照性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验 |
6.2.1 实验原料及仪器设备 |
6.2.2 金刚石/钨复合材料的制备 |
6.2.3 测试和表征 |
6.3 结果与分析 |
6.3.1 金刚石/钨复合材料的微观组织 |
6.3.2 镀钨金刚石/钨复合材料的热学性能 |
6.3.3 氦离子辐照对镀钨金刚石/钨复合材料显微组织的影响 |
6.4 本章小结 |
第七章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 主要创新点 |
7.3 未来展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
(4)带状电子注太赫兹行波管的理论与实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 交错双栅型行波管 |
1.2.1 交错双栅慢波结构 |
1.2.2 输入输出耦合装置 |
1.2.3 盒型窗的研究进展 |
1.3 行波管功率提升技术 |
1.3.1 相速跳变和相速渐变技术 |
1.3.2 功率合成技术 |
1.4 本文结构安排 |
第二章 340GHz倒圆角交错双栅行波管的研究 |
2.1 引言 |
2.2 340GHz倒圆角交错双栅慢波结构的模拟研究 |
2.2.1 高频特性分析 |
2.2.2 传输特性分析 |
2.3 340GHz金刚石盒型窗的模拟研究 |
2.4 340GHz倒圆角交错双栅行波管的注波互作用研究 |
2.5 340GHz方形阴极电子光学系统的研究 |
2.5.1 带状电子注的成形 |
2.5.2 带状电子注的聚焦 |
2.6 340GHz倒圆角交错双栅高频系统的实验研究 |
2.7 本章小结 |
第三章 340GHzH面馈入式交错双栅行波管的研究 |
3.1 引言 |
3.2 340GHzH面馈入式矩形波导能量耦合结构 |
3.2.1 H面馈入式矩形波导耦合结构模型 |
3.2.2 340GHzH面馈入式交错双栅结构的模拟研究 |
3.3 340GHzH面馈入式交错双栅行波管的注波互作用研究 |
3.4 340GHz圆形阴极电子光学系统的研究 |
3.5 340GHzH面馈入式交错双栅高频结构的实验研究 |
3.5.1 慢波结构的实验研究 |
3.5.2 盒型窗的实验研究 |
3.6 本章小结 |
第四章 340GHz堆叠型双注交错双栅行波管的研究 |
4.1 引言 |
4.2 堆叠型双注电子枪的概念 |
4.3 340GHz堆叠型交错双栅慢波结构的研究 |
4.3.1 结构色散特性的分析 |
4.3.2 结构传输特性的分析 |
4.4 340GHz堆叠型双注电子枪的模拟研究 |
4.4.1 堆叠型双电子注的成形 |
4.4.2 堆叠型双电子注的聚焦 |
4.5 340GHz堆叠型双注交错双栅行波管的注波互作用研究 |
4.6 本章小结 |
第五章 850GHz交错双栅行波管高频系统的研究 |
5.1 引言 |
5.2 850GHz交错双栅慢波结构的模拟研究 |
5.3 850GHz交错双栅行波管的注波互作用研究 |
5.4 850GHz金刚石盒型窗的模拟研究 |
5.5 850GHz交错双栅高频结构的工艺研究 |
5.5.1 激光切割技术 |
5.5.2 MEMS加工技术 |
5.6 本章小结 |
第六章 THz金刚石盒型窗的通用快速算法与实验验证 |
6.1 引言 |
6.2 盒型窗散射参量的通用快速算法 |
6.2.1 模式匹配法 |
6.2.2 盒型窗中两种不连续性的理论分析 |
6.3 盒型窗散射参量的通用快速算法实现 |
6.3.1 矩形波导到圆波导的不连续性算法实现 |
6.3.2 圆波导到介质圆波导的不连续性算法实现 |
6.3.3 盒型窗的散射参量算法实现 |
6.4 THz金刚石盒型窗通用快速算法的实验验证 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(5)高导热金刚石/铝复合材料界面构建及组织性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电子封装材料研究现状 |
1.3 金刚石/铝复合材料的制备技术 |
1.3.1 放电等离子烧结 |
1.3.2 真空气压浸渗 |
1.3.3 无压浸渗 |
1.3.4 挤压铸造 |
1.4 金刚石/铝复合材料导热性能的影响因素 |
1.4.1 金刚石的特征参数 |
1.4.2 基体合金化 |
1.4.3 界面微结构 |
1.5 研究意义和主要研究内容 |
第二章 实验材料与实验方法 |
2.1 实验材料 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 无压浸渗 |
2.2.2 磁控溅射 |
2.3 性能测试与分析 |
2.3.1 金刚石颗粒粒径分析 |
2.3.2 物相分析和组织观察 |
2.3.3 物理性能测试 |
2.3.4 热分析 |
第三章 浸渗温度对金刚石/铝复合材料组织性能的影响 |
3.1 金刚石颗粒的晶体结构分析与形貌观察 |
3.2 金刚石/铝复合材料的制备 |
3.2.1 金刚石颗粒选择 |
3.2.2 浸渗温度选择 |
3.3 金刚石/铝复合材料的热物理性能 |
3.3.1 热导率 |
3.3.2 热膨胀系数 |
3.4 金刚石/铝复合材料的物相分析 |
3.5 金刚石/铝复合材料的组织观察 |
3.6 小结 |
第四章 镀层对金刚石/铝复合材料组织性能的影响 |
4.1 镀层优化选择 |
4.1.1 模拟计算 |
4.1.2 复合材料的界面热导 |
4.1.3 复合材料的热导率 |
4.2 镀覆金刚石的显微组织 |
4.3 金刚石/铝复合材料的热物理性能 |
4.3.1 热导率 |
4.3.2 热膨胀系数 |
4.4 金刚石/铝复合材料的物相分析 |
4.5 金刚石/铝复合材料的组织观察 |
4.6 小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
在学期间的研究成果 |
致谢 |
(6)电子封装用金刚石铜复合材料的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电子封装及电子封装材料 |
1.2.1 电子封装概述 |
1.2.2 电子封装材料的性能需求 |
1.2.3 电子封装材料的分类及其发展历程 |
1.3 金刚石/铜复合材料 |
1.3.1 金刚石和铜基体 |
1.3.2 金刚石/铜复合材料制备方法及研究现状 |
1.3.3 金刚石/铜复合材料制备工艺存在的问题 |
1.4 选题的目的及研究内容 |
第二章 实验材料及研究方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 金刚石颗粒 |
2.1.2 基体材料 |
2.1.3 镀覆及掺杂材料 |
2.1.4 其他材料 |
2.2 实验设备 |
2.3 制备方法 |
2.3.1 金刚石表面金属化 |
2.3.2 金刚石/铜复合材料制备工艺路线 |
2.4 复合材料性能表征 |
2.4.1 金刚石颗粒体积分数测试 |
2.4.2 复合材料密度与致密度测试 |
2.4.3 复合材料导热系数测试分析 |
2.4.4 复合材料热膨胀系数测试分析 |
2.5 复合材料微观组织形貌观察及物相分析 |
2.5.1 扫描电子显微镜 |
2.5.2 X射线衍射仪 |
第三章 放电等离子烧结法制备金刚石/铜复合材料及导热性能的研究 |
3.1 SPS制备工艺对裸料金刚石/铜复合材料性能的影响 |
3.1.1 微观形貌 |
3.1.2 致密度 |
3.1.3 导热系数 |
3.1.4 热膨胀系数 |
3.1.5 影响因素分析 |
3.2 金刚石表面镀膜对SPS制备金刚石/铜复合材料性能的影响 |
3.2.1 金刚石表面镀膜原理及镀层形貌 |
3.2.2 复合材料断口的微观形貌 |
3.2.3 复合材料断口的XRD分析 |
3.2.4 致密度与镀层厚度的关系 |
3.2.5 导热系数与镀层厚度的关系 |
3.2.6 热膨胀系数与镀层厚度的关系 |
3.3 影响镀膜金刚石/铜复合材料性能的关键因素分析 |
3.3.1 镀膜种类的影响 |
3.3.2 镀层厚度的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 掺杂合金粉末对放电等离子烧结法制备金刚石/铜复合材料相关性能的影响 |
4.1 掺杂不同类型合金粉末对金刚石/铜复合材料性能的影响 |
4.1.1 复合材料断口的微观形貌 |
4.1.2 复合材料断口的XRD分析 |
4.1.3 复合材料中掺杂元素的分布情况 |
4.1.4 致密度与掺杂体积分数的关系 |
4.1.5 导热系数与掺杂体积分数的关系 |
4.1.6 热膨胀系数与掺杂体积分数的关系 |
4.2 掺杂工艺对复合材料性能影响的综合分析 |
4.2.1 掺杂合金粉末种类的影响 |
4.2.2 掺杂合金粉末体积分数的影响 |
4.2.3 掺杂合金粉末对制备工艺的影响 |
4.3 金刚石/铜复合材料界面热导计算 |
4.3.1 金刚石/铜复合材料导热机理 |
4.3.2 界面热导理论模型 |
4.3.3 金刚石/铜复合材料界面导热系数理论计算 |
4.4 本章小结 |
第五章 金刚石/铜复合材料的气压浸渗法制备工艺及其导热性能研究 |
5.1 金刚石表面镀Cr对复合材料导热性能的影响 |
5.1.1 微观形貌 |
5.1.2 致密度、导热系数和热膨胀系数 |
5.2 铜基体合金化对复合材料导热性能的影响 |
5.2.1 微观形貌 |
5.2.2 致密度、导热系数和热膨胀系数 |
5.3 金刚石表面金属化和铜基体合金化共同对复合材料导热性能的影响 |
5.3.1 微观形貌 |
5.3.2 致密度、导热系数和热膨胀系数 |
5.4 放电等离子烧结法和气压浸渗法制得复合材料性能对比 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士期间发表成果 |
(7)基于液态金属强化传热的双连续相热界面材料研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 微电子系统的热效应和电迁移 |
1.1.1 芯片的热效应 |
1.1.2 热效应的危害 |
1.1.3 电子系统的电迁移 |
1.2 电子封装热管理基础 |
1.2.1 基本传热原理 |
1.2.2 常见电子封装技术及其热特性 |
1.3 热界面材料概述 |
1.3.1 热界面材料及其特性 |
1.3.2 商用的热界面材料产品介绍 |
1.3.3 国内外热界面材料研究进展 |
1.4 选题思路及研究内容 |
1.4.1 选题思路 |
1.4.2 研究内容 |
第2章 热界面材料的制备工艺与微观组织 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料与制备工艺 |
2.2.1 实验原料及选用理由 |
2.2.2 热界面材料的制备工艺 |
2.3 热界面材料的微观组织 |
2.3.1 实验方法与实验设备 |
2.3.2 实验结果与分析讨论 |
2.4 本章小结 |
第3章 液态金属/金刚石界面的结构与热导 |
3.1 引言 |
3.2 液态金属/金刚石的界面结构 |
3.2.1 实验方法与实验设备 |
3.2.2 实验结果与分析讨论 |
3.3 液态金属/金刚石的界面热导 |
3.3.1 实验方法与实验设备 |
3.3.2 实验结果与分析讨论 |
3.4 本章小结 |
第4章 热界面材料的导热性能及影响因素 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法与实验设备 |
4.2.1 实验方法 |
4.2.2 实验设备 |
4.3 实验结果与分析讨论 |
4.3.1 组分比例与成型压力对导热性能的影响 |
4.3.2 其它因素对热界面材料导热性能的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 热界面材料的力学性能及影响因素 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法与实验设备 |
5.3 实验结果与分析讨论 |
5.4 本章小结 |
第6章 热界面材料的界面传热性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验方法与实验设备 |
6.2.1 实验方法 |
6.2.2 实验设备 |
6.3 实验结果与分析讨论 |
6.4 本章小结 |
第7章 电子封装中焊点的电迁移各向异性 |
7.1 引言 |
7.2 实验方法与实验设备 |
7.3 实验结果与分析讨论 |
7.3.1 电迁移各向异性的实验现象 |
7.3.2 电迁移各向异性的理论分析 |
7.3.3 电迁移各向异性的应用价值 |
7.4 本章小结 |
第8章 全文总结与展望 |
8.1 全文总结 |
8.1.1 双连续相结构复合热界面材料研究 |
8.1.2 电子封装中焊点的电迁移各向异性 |
8.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(8)金刚石盐浴镀钛对金刚石/铝复合材料组织及性能的影响(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电子封装及电子封装材料 |
1.2.1 电子封装概述 |
1.2.2 电子封装材料性能要求 |
1.2.3 电子封装材料发展历程 |
1.3 金刚石/铝复合材料 |
1.3.1 金刚石/铝复合材料制备方法及研究现状 |
1.3.2 金刚石/铝复合材料导热性能影响因素 |
1.3.3 金刚石/铝复合材料界面产物研究 |
1.4 金刚石表面金属化方法 |
1.4.1 化学镀与电镀 |
1.4.2 真空镀 |
1.4.3 盐浴镀 |
1.5 选题的目的与意义 |
第二章 试验材料及研究方法 |
2.1 试验材料 |
2.1.1 增强相颗粒 |
2.1.2 基体材料 |
2.1.3 镀覆粉末 |
2.2 试验设备 |
2.3 制备方法 |
2.3.1 金刚石表面镀钛 |
2.3.2 复合材料制备 |
2.4 复合材料试样的性能表征 |
2.4.1 金刚石体积分数测试 |
2.4.2 密度及致密度测试 |
2.4.3 热导率测试 |
2.4.4 热膨胀系数测试 |
2.5 组织形貌观察及物相分析 |
2.5.1 扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM) |
2.5.2 X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD) |
2.5.3 复合材料电化学腐蚀 |
2.6 干湿交替环境处理 |
2.7 热循环环境处理 |
第三章 金刚石盐浴镀钛工艺研究 |
3.1 盐浴镀钛工艺及原理 |
3.1.1 盐浴镀钛工艺 |
3.1.2 盐浴镀钛原理 |
3.1.3 盐浴镀钛热力学计算 |
3.2 盐浴镀金刚石形貌 |
3.2.1 盐浴镀金刚石宏观形貌 |
3.2.2 盐浴镀金刚石微观形貌 |
3.3 物相成分与界面结构分析 |
3.3.1 物相分析 |
3.3.2 表面元素分析 |
3.3.3 界面结构分析 |
3.4 保温时间对镀钛金刚石形貌与结构的影响 |
3.4.1 保温时间对镀层形貌影响 |
3.4.2 保温时间对镀层物相的影响 |
3.5 金刚石镀层厚度测试与镀层结合力评价 |
3.5.1 增重减重法计算镀层厚度 |
3.5.2 XPS法测试镀层厚度 |
3.5.3 保温时间对镀层厚度影响 |
3.5.4 单次镀覆量与镀层厚度关系 |
3.5.5 镀层结合力评价 |
3.6 盐浴镀后的杂质处理工艺 |
3.6.1 水洗法 |
3.6.2 酸洗法 |
3.7 本章小结 |
第四章 镀钛金刚石/铝复合材料组织与性能的研究 |
4.1 镀层厚度对复合材料性能的影响 |
4.1.1 界面微观形貌 |
4.1.2 镀层厚度对相对密度的影响 |
4.1.3 镀层厚度对热导率的影响 |
4.1.4 镀层厚度对热膨胀系数的影响 |
4.2 裸料金刚石/铝与镀钛金刚石/铝复合材料组织与性能的对比 |
4.2.1 界面微观形貌对比 |
4.2.2 热导率对比 |
4.2.3 相对密度对比 |
4.2.4 热膨胀系数对比 |
4.3 金刚石/铝复合材料界面热导计算 |
4.3.1 金刚石/铝复合材料导热机理 |
4.3.2 界面热导理论模型 |
4.3.3 金刚石/铝复合材料界面热导率理论计算 |
4.4 本章小结 |
第五章 金刚石/铝复合材料性能衰退研究 |
5.1 裸料金刚石/铝复合材料干湿交替环境下性能衰退研究 |
5.1.1 界面微观形貌 |
5.1.2 相对密度 |
5.1.3 热导率 |
5.2 裸料金刚石/铝硅复合材料干湿交替环境下性能衰退研究 |
5.2.1 界面微观形貌 |
5.2.2 相对密度 |
5.2.3 热导率 |
5.3 镀钛金刚石/铝复合材料干湿交替环境下性能衰退研究 |
5.3.1 界面微观形貌 |
5.3.2 相对密度 |
5.3.3 热导率 |
5.4 镀钛金刚石/铝硅复合材料干湿交替环境下性能衰退研究 |
5.4.1 界面微观形貌 |
5.4.2 相对密度 |
5.4.3 热导率 |
5.5 金刚石/铝复合材料热循环环境下性能衰退研究 |
5.5.1 热循环对复合材料导热性能的影响 |
5.5.2 热循环对复合材料界面的影响 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士期间发表的论文 |
(9)金刚石/铜基复合材料的界面设计及导热性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 热管理材料的应用与需求 |
1.2 金刚石/铜基复合材料的优势与挑战 |
1.2.1 金刚石/铜基复合材料的优势 |
1.2.2 金刚石/铜基复合材料的挑战 |
1.3 金刚石/铜基复合材料界面改性研究现状 |
1.3.1 低固溶度改性元素 |
1.3.2 高固溶度改性元素 |
1.3.3 金刚石/铜基复合材料界面改性研究存在的问题 |
1.4 选题意义与研究内容 |
第二章 金刚石/铜基复合材料界面改性理论分析 |
2.1 引言 |
2.2 物理模型建立 |
2.3 界面特征对金刚石/铜基复合材料热导率的影响 |
2.3.1 非碳化物界面改性层对金刚石/铜基复合材料热导率的影响 |
2.3.2 碳化物界面改性层对金刚石/铜基复合材料热导率的影响 |
2.3.3 界面改性层碳化物转化对金刚石/铜基复合材料热导率的影响 |
2.3.4 界面改性层优化设计 |
2.4 本章小结 |
第三章 实验材料、设备及方法 |
3.1 实验材料 |
3.2 样品制备 |
3.2.1 金刚石表面预处理 |
3.2.2 金刚石表面金属化 |
3.2.3 金刚石/铜基复合材料制备 |
3.3 表征方法 |
3.4 性能测试 |
3.4.1 相对密度 |
3.4.2 热导率 |
第四章 金刚石/铜基复合材料的界面改性及导热性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 真空热处理对金刚石表面状态的影响 |
4.3 真空热处理对金刚石表面溶胶镀膜的影响 |
4.4 界面改性对金刚石/铜基复合材料导热性能的影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的学术成果 |
(10)表面金属化金刚石/铜复合材料导热模型、界面结构与热变形行为研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 高导热热管理材料的研究进展 |
1.2.1 高导热热管理材料 |
1.2.2 高导热金属基复合材料 |
1.3 金刚石/铜复合材料的制备工艺研究进展 |
1.3.1 液态浸渗制备工艺 |
1.3.2 粉末冶金制备工艺 |
1.3.3 金属基复合材料的热变形行为 |
1.4 金属基复合材料的导热模型研究 |
1.4.1 金属基复合材料导热模型概述 |
1.4.2 微分有效介质模型在金刚石/铜复合材料中的应用 |
1.5 金刚石/铜复合材料的界面结构研究 |
1.5.1 金刚石/铜界面优化—基体合金化 |
1.5.2 金刚石/铜界面优化—金刚石表面金属化 |
1.5.3 金刚石/铜复合材料的界面结构 |
1.6 金刚石/铜复合材料研究存在的主要问题 |
1.7 本课题的选题意义及研究内容 |
第二章 材料制备与测试方法 |
2.1 实验材料 |
2.2 制备方法 |
2.2.1 金刚石表面金属化 |
2.2.2 放电等离子烧结 |
2.2.3 热挤压 |
2.2.4 三离子束切割 |
2.2.5 聚焦离子束加工 |
2.3 结构与物相分析 |
2.3.1 显微成像红外光谱 |
2.3.2 激光粒度分布仪 |
2.3.3 X射线衍射(XRD) |
2.3.4 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM) |
2.3.5 透射电子显微镜(TEM) |
2.4 性能测试 |
2.4.1 热压缩 |
2.4.2 密度 |
2.4.3 热扩散系数 |
2.4.4 比热 |
2.4.5 热导率 |
2.4.6 热膨胀系数 |
第三章 金刚石增强金属基复合材料导热模型研究 |
3.1 引言 |
3.2 微分有效介质模型概述 |
3.3 界面过渡层对金刚石增强金属基复合材料热导率的影响 |
3.4 粒径大小对金刚石增强金属基复合材料热导率的影响 |
3.4.1 单目数金刚石增强金属基复合材料的导热预测—平均粒径 |
3.4.2 单目数金刚石增强金属基复合材料的导热预测—高斯分布粒径 |
3.4.3 双目数金刚石增强金属基复合材料的导热预测—高斯混合分布粒径 |
3.5 本章小结 |
第四章 金刚石表面金属化演变机制 |
4.1 引言 |
4.2 金刚石表面金属化工艺 |
4.3 金刚石晶体结构 |
4.4 金刚石表面金属化反应的热力学计算 |
4.5 金刚石表面金属化—Cr |
4.5.1 表面金属化温度的影响 |
4.5.2 金刚石表面金属化形貌统计 |
4.5.3 金刚石表面金属化演变机制 |
4.5.4 表面金属化时间的影响 |
4.6 金刚石表面金属化—W |
4.6.1 表面金属化温度的影响 |
4.6.2 表面金属化时间的影响 |
4.7 金刚石表面金属化—Mo |
4.7.1 表面金属化温度的影响 |
4.7.2 表面金属化时间的影响 |
4.8 本章小结 |
第五章 金刚石/铜复合材料制备及界面结构研究 |
5.1 引言 |
5.2 金刚石/铜复合材料制备工艺研究 |
5.2.1 烧结温度 |
5.2.2 烧结时间 |
5.2.3 金刚石体积分数 |
5.2.4 金刚石粒径大小 |
5.3 金刚石/铜复合材料热物理性能研究 |
5.4 金刚石/铜复合材料界面结构研究 |
5.4.1 金刚石/铜界面SEM分析 |
5.4.2 金刚石/铜界面TEM分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 金刚石/铜复合材料热变形行为研究 |
6.1 引言 |
6.2 金刚石/铜复合材料的热变形工艺研究 |
6.2.1 金刚石/铜复合材料的热变形工艺流程 |
6.2.2 金刚石/铜复合材料热压缩样品的复合制备 |
6.3 金刚石/铜复合材料的流变曲线与回复机制研究 |
6.3.1 金刚石/铜复合材料的热压缩流变曲线 |
6.3.2 金刚石/铜复合材料的热变形回复机制 |
6.4 金刚石/铜复合材料的热变形本构关系研究 |
6.4.1 热变形本构关系模型 |
6.4.2 金刚石/铜复合材料的热变形本构方程 |
6.4.3 金刚石/铜复合材料的热变形本构关系验证 |
6.5 金刚石/铜复合材料的热变形工艺研究 |
6.5.1 热加工图理论概述 |
6.5.2 金刚石/铜复合材料的热加工图 |
6.5.3 金刚石/铜复合材料的热挤压工艺研究 |
6.6 热挤压金刚石/铜复合材料的热学性能与结构研究 |
6.6.1 热挤压金刚石/铜复合材料的热学性能 |
6.6.2 热挤压金刚石/铜复合材料的界面结构 |
6.7 本章小结 |
第七章 结论与创新点 |
7.1 结论 |
7.2 论文创新点 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表论文 |
致谢 |
四、金刚石表面金属化(论文参考文献)
- [1]铜基金刚石散热材料的粉末冶金制备技术研究[D]. 徐航. 吉林大学, 2021(01)
- [2]金刚石/铜复合材料界面设计与性能研究[D]. 晏萌. 合肥工业大学, 2021(02)
- [3]面向聚变堆应用的金刚石复合钨基材料的制备和组织性能研究[D]. 卫陈龙. 合肥工业大学, 2020(02)
- [4]带状电子注太赫兹行波管的理论与实验研究[D]. 邵伟. 电子科技大学, 2020(03)
- [5]高导热金刚石/铝复合材料界面构建及组织性能研究[D]. 郭开金. 北方工业大学, 2020(02)
- [6]电子封装用金刚石铜复合材料的制备及性能研究[D]. 王硕. 东南大学, 2020(01)
- [7]基于液态金属强化传热的双连续相热界面材料研究[D]. 位松. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [8]金刚石盐浴镀钛对金刚石/铝复合材料组织及性能的影响[D]. 徐俊. 东南大学, 2019(08)
- [9]金刚石/铜基复合材料的界面设计及导热性能研究[D]. 苑孟颖. 上海交通大学, 2019(06)
- [10]表面金属化金刚石/铜复合材料导热模型、界面结构与热变形行为研究[D]. 张洪迪. 上海交通大学, 2018(01)