摘要：綜述了熱管理用高導熱金剛石/鋁復合材料的主流制備技術和影響其導熱性能發(fā)揮的關鍵因素，重點介紹了真空熱壓燒結、放電等離子燒結、無壓浸滲、真空氣壓浸滲和擠壓鑄造等制備工藝，并評述了各自的優(yōu)缺點及其適用性。探討了金剛石顆粒特性、基體合金元素和金剛石表面鍍層對復合材料的界面組態(tài)與導熱性能的影響規(guī)律，指出通過基體合金化和金剛石表面金屬化可改善復合材料的界面結合狀態(tài)，提出改善金剛石/鋁復合材料的導熱性能應重點關注界面微結構調控及其對復合材料界面熱傳導的作用機制。
       關鍵詞：金剛石/鋁復合材料；界面反應；基體合金化；金剛石表面金屬化
       隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，電子及半導體器件集成度越來越高，其產(chǎn)生的熱流密度越來越大，造成元器件較高的溫升 [1-2] 。研究結果顯示，半導體元器件每升高 10 ℃，其可靠性降低 50% [3] ；現(xiàn)代微電子電路故障中大約 55%是由于熱損傷造成的 [4] 。因此，如何實現(xiàn)高效散熱是保證電子設備運行的穩(wěn)定性和可靠性的關鍵。
       選擇導熱性能優(yōu)異的熱管理材料作為熱沉或散熱器件可以協(xié)調逐漸增大的功率密度與周圍環(huán)境的溫差，實現(xiàn)高效散熱并降低與芯片材料熱膨脹系數(shù)不匹配的目的，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性 [5] 。理想的熱管理材料應具有超高的熱導率(thermal conductivity,TC)和可匹配的熱膨脹系數(shù) [6-7] 。金屬基復合材料由于其結構和性能的可設計性使得其在熱管理領域的應用得到充分發(fā)展。其中，金剛石/鋁復合材料由于其低密度、高導熱和熱膨脹系數(shù)可調等優(yōu)勢而成為熱管理領域的研究熱點和發(fā)展方向。本文介紹了金剛石/鋁復合材料的主要制備技術，探討了其導熱性能的主要影響因素，并指出其現(xiàn)階段存在的問題及未來發(fā)展方向。

       1、金剛石/ 鋁復合材料的制備

       金剛石/鋁復合材料導熱性能的優(yōu)劣很大程度上依賴于制備工藝，因此，復合工藝方法在材料研究中顯得尤為重要。金屬基復合材料的制備方法多種多樣，隨著工藝技術和裝備的進步，逐漸衍生出更多的新方法、新工藝。目前，金剛石/鋁復合材料主流的制備方法主要包括放電等離子燒結（spark plasma sintering,SPS） [8-14] 、真空熱壓燒結 [15-21] 、無壓浸滲 [22-25] 、真空氣壓浸滲 [26-37] 和擠壓鑄造 [38-42] 。
       1.1 放電等離子燒結

       放電等離子燒結又稱“等離子活化燒結”，該技術最早起源于 20 世紀 30 年代美國引入的“脈沖燒結技術”；后來日本在此基礎上研制了更為先進的電火花燒結，并獲得了相應的專利，但由于該技術較低的生產(chǎn)效率而未能得到推廣應用；直到 1988 年，日本首先研制出了第一臺最大燒結壓力可達 5 噸的 SPS 設備，在新材料研究領域得以推廣 [43] 。該工藝流程是直流脈沖電流通過預先裝入模具內的金屬和陶瓷顆粒時，使各個顆粒瞬間產(chǎn)生焦耳熱而進行燒結的，具有加熱均勻，升溫速率高，燒結溫度低，燒結時間短，生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢 [44] 。
       Chu 等 [8] 研究了混粉工藝對 SPS 制備的金剛石/鋁復合材料組織和熱物理性能的影響，機械混粉工藝可以獲得組織缺陷少、致密度高、界面結合良好的復合材料，因而表現(xiàn)出較高的導熱性能（325 W·m -1 ·K -1 ）。Mizuuchi等 [10] 采用 SPS 方法制備了單峰和雙峰分布的金剛石/鋁復合材料，其中 50%（體積分數(shù)，下同）單峰金剛石和65%雙峰金剛石制備的復合材料致密度均高達 99%，且界面處沒有觀察到反應產(chǎn)物，界面結合良好，因此其熱導率分別達到了 552 W·m -1 ·K -1 和 581 W·m -1 ·K -1 。可以看出，SPS 工藝制備的金剛石/鋁復合材料的致密度、組織缺陷（如顆粒損傷、雜質相）和界面結合狀態(tài)是影響其導熱性能的關鍵因素。
       1.2 真空熱壓燒結

       真空熱壓燒結作為傳統(tǒng)的粉末冶金法制備金屬基復合材料，其制備流程主要包括將金屬粉末和陶瓷顆粒等進行篩分、混合、冷壓固結、除氣、熱壓燒結，然后壓制得到鋁基復合材料 [45] 。Tan 等 [17-20] 分別采用真空熱壓燒結和 SPS 制備了金剛石/鋁復合材料。其中 SPS 制備的體積分數(shù)為 20%~50%的金剛石/鋁復合材料熱導率在265~421 W·m -1 ·K -1 之間 [18] 。
       真空熱壓燒結制備復合材料時，燒結溫度和時間是影響復合材料性能的關鍵因素，金剛石體積分數(shù)為 20%~55%時，燒結壓力 67 MPa，650 ℃燒結 90 min，復合材料熱導率變化范圍為 320~567W·m -1 ·K -1[20] 。真空熱壓燒結技術獲得的復合材料呈現(xiàn)微米尺度的擴散連結界面，有利于熱導率的提高；比較而言，采用快速加熱冷卻模式，在 SPS 過程中不可避免地會產(chǎn)生微米尺度甚至宏觀（徑向和軸向）熱梯度，因此，在樣品中呈現(xiàn)混合界面結合狀態(tài)，降低了熱導率增強的效果 [17] 。
       1.3 無壓浸滲

       無壓浸滲制備工藝是 1989 年美國 Lanxide 公司在直接金屬氧化法（directed metal oxidation,DIMOX）工藝的基礎上提出來的，其主要流程為首先通過膠黏劑或預先燒結成型將增強體粉末制成預制體，再將基體金屬放置于增強體的上部或者下部，在氣氛保護下加熱使得金屬熔化自發(fā)滲入預制體的間隙中，最后冷卻凝固成型。
無壓浸滲法可實現(xiàn)低成本制備平面尺寸大、復雜表面形狀的復合材料，適合于批量生產(chǎn)，然而限制該工藝性能的關鍵是致密度問題，因此，無壓浸滲制備的復合材料性能對制備工藝參數(shù)十分敏感；同時，較高的制備溫度也給金剛石和鋁基體界面反應的控制帶來了難度。
       Johnson 等 [22] 最早采用無壓浸滲工藝制備金剛石/鋁復合材料，為了抑制碳-鋁界面反應生成 Al4C3 ，采用化學氣相浸滲法(chemical vapor infiltration,CVI)在金剛石表面沉積 SiC 保護層，鍍層的存在勢必引入界面熱阻，降低復合材料的導熱性能，其熱導率僅為 225~259 W·m-1·K-1 。Cui 等 [23] 無壓浸滲制備的金剛石/鋁復合材料界面結合良好，珊瑚狀的 Si 骨架（見圖 1）成為有效的界面橋梁，提高了界面結合強度，同時少量的 Al4C3 也起到了促進界面結合和改善熱導率的作用，所制備的復合材料綜合性能優(yōu)異，熱導率達到了 518.7 W·m-1·K-1 ，熱膨脹系數(shù)為 4.61×10 -6 K -1 ，與半導體材料 Si 或 AsGa 匹配，楊氏模量為 286 GPa，彎曲強度為 306 MPa。

       1.4 真空氣壓浸滲

       真空氣壓浸滲是將預制塊放在模具中，利用真空排除預制體中的氣體，然后將惰性氣體按一定壓力注入熔煉爐，將液態(tài)金屬擠入模腔中，浸滲預制體的孔隙中，從而獲得復合材料坯料。該工藝對增強相的種類、形態(tài)和合金種類沒有限制，通過模具設計可實現(xiàn)材料的近凈成形，同時克服了無壓浸滲的不充分和致密度問題，鑄造缺陷少。
       Weber 等 [26] 采用該工藝制備的金剛石/鋁和金剛石/銀復合材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的熱物理性能，其中金剛石/鋁熱導率最高達到 760 W·m-1·K-1 ，熱膨脹系數(shù)為 5.7×10-6K-1 。Molina-Jordá 等 [27] 根據(jù)雙峰顆?；祀s堆積的 Yu&Standish 模型和 GDEMS 復合材料熱導率模型的理論分析，設計了雙峰金剛石和（金剛石+碳化硅）的混合顆粒組合模式，其中雙峰金剛石/鋁復合材料的熱導率在 693~770 W·m -1 ·K -1 之間，（金剛石+碳化硅）/鋁復合材料的熱導率在 243~686 W·m -1 ·K -1 之間。
       真空氣壓浸滲過程的氣氛環(huán)境會影響金剛石/鋁復合材料的界面反應和導熱性能。研究表明 [29] ，氮氣可以和鋁基體反應從而抑制 Al4C3 在界面處形成，但隨著浸滲溫度升高，壓力增加，浸滲時間延長，氮氣氣氛下獲得的復合材料熱導率降低，氬氣氣氛下制備的復合材料熱導率反而提高，其變化主要可以歸因于金剛石表面粗化、氮在金剛石里的溶解和 Al4C3 反應的抑制。氮氣氣氛下復合材料熱導率最高為 494 W·m-1·K-1 ，氬氣氣氛下熱導率最高為 564 W·m-1·K-1 。
       浸滲溫度和壓力對金剛石/鋁復合材料界面結構與導熱性能的影響也十分顯著，研究表明 [32] ，隨著浸滲溫度和壓力的提高，促進了金剛石和鋁的反應擴散，改善了界面結合，也使復合材料的失效方式從金剛石與鋁基體的脫粘轉變成基體鋁的塑性斷裂。復合材料熱導率隨浸滲壓力和溫度非單調性變化，最佳的浸滲壓力隨著浸滲溫度的升高而降低，這種變化歸因于碳化物對界面熱導(interfacial thermal conductance,ITC)的積極和消極作用的競爭。合適的浸滲溫度和壓力下，{111}晶面可發(fā)生有效的擴散反應，更好地優(yōu)化金剛石和鋁的界面，精細的工藝參數(shù)控制是獲得最佳的各向異性界面熱導的關鍵。最佳工藝參數(shù)（800 ℃，0.8 MPa）下，復合材料熱導率可高達 760 W·m-1·K-1 。
       浸滲過程中金剛石和鋁液接觸時間的長短也是影響金剛石/鋁復合材料性能的一個主要因素 [33] ，Ruch 等 [35]分別采用真空氣壓浸滲和擠壓鑄造工藝制備金剛石/鋁復合材料，其熱導率分別為 670 W·m -1 ·K -1 和 131W·m -1 ·K -1 ，氣壓浸滲過程中金剛石與鋁液接觸時間長，造成 Al 4 C 3 界面反應產(chǎn)物生成，且其具有晶體學優(yōu)先傾向生長在金剛石{100}晶面上。Al 4 C 3 促進了金剛石和鋁基體的界面結合，進而提高了復合材料的導熱性能。
       Che 等 [37] 在浸滲制備金剛石/鋁復合材料前對金剛石顆粒進行預退火處理，使得材料導熱性能得到進一步提升，金剛石顆粒的預退火引起金剛石表面出現(xiàn) sp3 到 sp2 雜化鍵的轉化。其中轉化優(yōu)先發(fā)生在（111）晶面上， （100）晶面的轉變相對緩慢（見圖2 與圖3）。sp2雜化鍵的形成使得界面結合強度明顯提高，熱導率從 540 W·m-1·K-1提高到 710 W·m -1 ·K -1 。

       1.5 擠壓鑄造

       擠壓鑄造是利用外界的壓力將液態(tài)或半液態(tài)金屬基體浸滲到含有增強相的預制體中，凝固成型獲得復合材料的方法。該工藝對于增強相的形狀、種類和基體合金的成分等也幾乎沒有限制，可以在較寬的范圍內進行組分設計。由于復合材料是在高壓下凝固成型，降低了對合金浸潤性的要求，鑄造組織缺陷也較少。
       Wang 等 [38] 通過延長擠壓鑄造工藝的保壓時間、提高浸滲溫度、降低冷卻速率的方式，提高了金剛石/鋁復合材料界面結合強度，由界面脫粘轉變?yōu)榉磻徒缑?，復合材料的熱導率?21W·m-1·K-1 提高到606W·m-1·K-1，彎曲強度從 98 MPa 提高到 220 MPa。金剛石（111）晶面和（100）晶面與鋁基體的界面結合方式存在明顯差異。金剛石（100）晶面和鋁基體的界面處可觀察到兩種形態(tài)的 Al 4 C 3 界面反應產(chǎn)物，而金剛石（111）晶面與鋁基體是直接結合型界面 [39] 。
       概括來說，傳統(tǒng)的金屬基復合材料制備工藝均可用于制備金剛石/鋁復合材料，以真空熱壓燒結和放電等離子燒結技術為代表的固相法，其最大的優(yōu)勢在于增強相體積分數(shù)的調控范圍較大，對合金成分幾乎沒有限制，同時較低的制備溫度往往減少了金剛石和鋁基體不利的界面反應，然而固相法制備的復合材料通常尺寸有限，更適用于實驗室研制。相反，無壓浸滲工藝最大的優(yōu)勢正是大尺寸、批量制備復合材料，工藝設備相對簡單，成本較低。擠壓鑄造和真空氣壓浸滲工藝，可以在很寬的范圍內對復合材料組分進行設計，同時還可以更好地克服無壓浸滲的致密度不足的問題。但是，液相法制備溫度較高，給金剛石/鋁復合材料界面反應的工藝控制帶來了難度。因此，制備組織致密、缺陷少、界面結合良好的金剛石/鋁復合材料是獲得高導熱性能的關鍵。

       2、金剛石/ 鋁復合材料熱導率的影響因素

       2.1 金剛石的特征參數(shù)

       金剛石顆粒的導熱性能是影響復合材料熱導率的關鍵因素之一。金剛石顆粒的導熱性能與其晶體結構及其完整性有關。合成人工金剛石往往需要添加 Fe,Ni,Co,Mn 等元素作為觸媒，使得金剛石內部存在一定的雜質和缺陷等，勢必降低金剛石的本征熱導率。Ia 型金剛石熱導率約為600W·m-1·K-1 ，高純 IIa 型金剛石的熱導率約為2200W·m-1·K-1，人工合成的 Ib 型金剛石根據(jù)其含氮量的高低，其熱導率在 1200~2000 W·m -1 ·K -1 之間 [46] 。因此，選用高品質金剛石是制備高導熱復合材料的必要條件。
       Beffort 等 [47] 對比了多晶合成金剛石、多晶天然金剛石和單晶金剛石的熱穩(wěn)定性，同時觀察了擠壓鑄造制備的金剛石/鋁復合材料的界面特征，“微米級”金剛石粉末特別容易在有氧的情況下發(fā)生熱降解，其氧化敏感性取決于結晶度和粒度，氫氣可有效防止這種質量損失。大粒徑金剛石和單晶金剛石的抗氧化性分別高于小粒徑（納米）金剛石和多晶金剛石。因此，納米金剛石粉末和多晶金剛石并不適合作為增強相來合成金剛石/鋁復合材料，微米級的單晶金剛石最合適。
       從金剛石微觀結構上看，立方八面體結構的金剛石存在兩種晶面，分別為{111}晶面和{100}晶面。在金剛石顆粒的{111}晶面上，碳原子的結構為三重鍵合，即每個碳原子與周圍三個碳原子相連。而在金剛石顆粒的{100}晶面上，碳原子的結構為二重鍵合，只與周圍兩個碳原子相連接。所以金剛石顆粒{100}晶面上碳原子溶解性高于{111}晶面上的碳原子，{100}晶面更容易與基體鋁結合，生成界面產(chǎn)物 Al 4 C 3 。因此，高溫高壓合成金剛石的形狀差異，即{111}和{100}晶面的面積比不同也將影響復合材料的導熱性能，F(xiàn)laquer 等 [48] 模擬了不同金剛石形狀對人工合成單晶金剛石/鋁復合材料熱導率的影響規(guī)律，選取{100}晶面占比高的金剛石有利于獲得高導熱金剛石/鋁復合材料。
       綜上所述，金剛石作為復合材料中的高導熱增強相，其結構特征和品質優(yōu)劣都將影響金剛石/鋁復合材料的導熱性能，結構完整、缺陷少、品質高的微米級金剛石是高導熱復合材料增強相的合理選擇。
       2.2 基體合金

       鋁合金中合金元素的添加對復合材料導熱性能的影響體現(xiàn)在兩方面：一方面，合金中溶質元素的加入增加了對熱載流子的散射作用，降低了合金的導熱性能，不利于復合材料導熱性能的提高；另一方面，合金元素添加后如果改善了復合材料的界面結合狀態(tài)，則對復合材料導熱性能的提高起到積極作用，目前主要的合金化元素為 Si [49-51] ,Cu [52] ,Ti [53] 等。
       添加 Si 元素可有效抑制金剛石和鋁生成 Al 4 C 3 脆性相，且界面處可觀察到大量的 SiC 反應產(chǎn)物，其中金剛石/鋁-硅復合材料的熱導率高達 532 W·m -1 ·K -1 ，而繼續(xù)增加 Si 含量對復合材料的導熱性能不利，卻可以使復合材料的熱膨脹系數(shù)降低 [49] ?；w中添加 Cu 元素后，合金的熔點降低、固液相區(qū)增大，延長了液態(tài)鋁與金剛石的接觸時間，促進了界面反應，同時 Cu 在界面偏聚，形成的 Al 2 Cu 相釘扎在界面，二者綜合作用下界面結合得以加強，復合材料的致密度也相應提高，最終復合材料的強度和熱導率均有所增加，金剛石/鋁-銅復合材料熱導率為 330 W·m -1 ·K -1 ，室溫熱膨脹系數(shù)為 6.0×10 -6 K -1[52] 。基體中添加鈦元素，也可使金剛石與鋁基體界面結合從弱變強，金剛石/鋁-鈦熱導率最高可達 418 W·m -1 ·K -1[53] 。
       2.3 界面組態(tài)

       金剛石由于其本身的結構穩(wěn)定性和顯著的化學惰性，使得其與金屬基體復合時極難形成良好的界面結合，其中金剛石與鋁基體的潤濕性較差（潤濕角為 150°），進而限制了金剛石高導熱性能的充分發(fā)揮 [54] 。如前所述，由于金剛石{111}晶面和{100}晶面碳原子排列的不同，導致各晶面上碳原子的活性不同，使得基體鋁合金在金剛石不同晶面上存在選擇性黏附的現(xiàn)象，即鋁基體選擇性黏附在金剛石的{100}晶面上，對于{111}晶面幾乎不與其結合，導致{111}晶面處的界面出現(xiàn)脫粘的現(xiàn)象，在界面熱傳導的過程中，孔隙和裂紋會導致復合材料的界面熱導急劇下降，進而影響復合材料整體的導熱性能。此外，界面結合對復合材料的熱膨脹系數(shù)、力學性能以及性能的穩(wěn)定性也有著至關重要的影響。
       優(yōu)化金剛石和鋁基體界面結合狀態(tài)是獲得高導熱復合材料的關鍵。金剛石表面金屬化是兩相界面優(yōu)化的主要途徑之一。金剛石表面金屬化通常是采用不同的手段，諸如化學氣相沉積、真空微蒸發(fā)鍍、溶膠-凝膠法、磁控濺射、化學鍍和鹽浴鍍等，在金剛石表面鍍覆一層金屬或者金屬碳化物鍍層，可同時與金剛石和基體金屬形成良好的化學結合，從而改善界面結合狀態(tài)。為了起到界面結合“橋梁”的作用，該鍍層須滿足以下條件：強碳化物形成元素（Si,Cr,V,W 等），可以與金剛石發(fā)生化學反應，生成相應的碳化物，既可以與金剛石表面形成良好的化學結合，同時也可以對金剛石起到保護作用，避免其與氧的直接接觸，在高溫下氧化；在 Al 中具有一定的溶解度，通過擴散來實現(xiàn)其與鋁基體的良好結合，但溶解度不宜過高，以防止基體導熱性能的嚴重下降；鍍層本身及其碳化物具有盡可能高的熱導率，以降低界面熱阻 [55] 。目前，金剛石/鋁復合材料中常用的鍍覆金屬或金屬碳化物主要有 Ti 或 TiC [56-64] ,W 或 WC [65-72] , Mo 2 C [73] ,Si [74] 等。
       Tan 等 [66] 通過建立多層界面模型（碳化物-金屬-金屬間化合物）來評估界面層及其結構對金剛石/鋁復合材料界面熱導和熱導率的影響機制。選取不同金屬（W,Ni,Mo,Ti,Cu,Ag）以及它們的碳化物和金屬間化合物作為界面層，計算獲得鍍層厚度對界面熱導和復合材料熱導率的影響，如圖 4 所示。隨著鍍層厚度的增加，復合材料的界面熱導降低，因此，獲得納米尺度的界面層厚度是十分理想的。選取高導熱、聲速高的金屬作為界面層時可降低界面熱阻，同時減少聲學失配。強碳化物形成金屬，如 Cr,W,Mo 或 Ti，金剛石表面金屬化后可形成碳化物-金屬-金屬間化合物的界面層，除了 W 以外，對于大多數(shù)碳化物形成金屬而言，多層界面結構形成碳化物均不利于高界面熱導的獲得，尤其是 Ti 和 TiC 界面層以及 TiAl 3 金屬間化合物層會降低復合材料邊界熱導。
       對于非碳化物形成金屬，諸如 Ni,Cu,Ag 等，金剛石表面金屬化會引入金屬-金屬間化合物界面層，其在改善邊界熱導的效果上較碳化物形成金屬弱。在所有用作界面層的金屬中，W,Mo 和 WC 界面納米層在鋁基體中的溶解度很小，是提高金剛石/鋁復合材料熱性能最有前景的候選材料。隨后他們開發(fā)了溶膠-凝膠法在金剛石表面沉積納米尺度的鎢層，并采用真空熱壓法制備金剛石/鋁復合材料，納米鎢鍍層的引入可以促使樹枝狀 W2C 層的產(chǎn)生，較大的比表面積不但大幅度改善復合材料的界面結合，同時還保證鍍膜引入的界面層熱阻極低，從而獲得了較理想的導熱性能，復合材料熱導率為 496~599 W·m -1 ·K -1[67] 。同樣地，Yang 等 [68] 利用磁控濺射方法在金剛石表面均勻涂覆了 35~130 nm 的 W 涂層，然后采用壓力浸滲法制備了金剛石/鋁復合材料，熱導率可達 622W·m -1 ·K -1 ，進一步驗證了 W 作為有效的鍍層金屬的可行性。

       Ma 等 [73] 以鉬粉為原料，采用熔鹽法制備了 Mo 2 C 亞微米涂層金剛石顆粒，并采用真空壓力浸滲法制備了金剛石/鋁和金剛石/銅復合材料，在引入 500 nm 厚的 Mo 2 C 層時，不同基體的復合材料的熱導率表現(xiàn)出不同的性能。由于界面結合力的提高和界面熱阻的降低，在金剛石/銅復合材料中獲得了較高的熱導率（657 W·m -1 ·K -1 ），而金剛石/鋁復合材料的熱導率由 553 W·m -1 ·K -1 下降到 218 W·m -1 ·K -1 ，這可以歸因于金剛石與鋁界面處形成了有害的 Al12Mo 相。
       Si 也是一種強碳化物形成元素，作為半導體元素，既具有金屬特性也具有非金屬特性。以 Si 作為鍍層元素可與金剛石發(fā)生化學反應，生成化學性質穩(wěn)定的 SiC，并且 Si 的導熱性能和力學性能較優(yōu)，可在金剛石和鋁基體界面處起到有效的傳熱“橋梁”作用。通過有效控制鍍層制備工藝條件，可實現(xiàn)界面結構優(yōu)化，磁控濺射、真空蒸鍍和鹽浴鍍均適用于金剛石表面鍍 Si。陶鵬飛等 [74] 以高溫鹽浴法對金剛石表面進行鍍硅處理來改善金剛石和鋁基體之間的界面結合，鍍硅后的金剛石顆粒表面略顯粗糙，表面的鍍層均勻；真空熱壓燒結制備的鍍硅金剛石/鋁復合材料其相對密度和熱導率隨著金剛石體積分數(shù)的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，當金剛石體積分數(shù)為45%時，復合材料的熱導率最高，為558W·m-1·K-1 。
       無論是基體合金化還是金剛石表面金屬化都是為了改善金剛石/鋁復合材料界面結構和熱傳導，其中金剛石表面金屬化是更直接和有效的途徑，鍍層的存在勢必改變了復合材料邊界熱導和界面熱傳導機制，高導熱的強化碳化物形成元素是鍍層金屬的合理選擇，然而，其與鋁基體形成的金屬間化合物相勢必影響復合材料的界面?zhèn)鳠嵝袨?，因此，合理設計界面結構是獲得高導熱金剛石/鋁復合材料的關鍵。

       結束語

       金剛石/鋁復合材料由于其低密度、高導熱和熱膨脹系數(shù)可調等優(yōu)勢而成為熱管理領域的熱點研究方向，其導熱性能的優(yōu)劣依賴于制備工藝路線，且與金剛石顆粒特性、基體合金和界面組態(tài)等直接相關。金剛石的晶體結構及其完整性、內部缺陷會影響復合材料的導熱性能，選取高品質金剛石顆粒是獲得高導熱復合材料的前提。
       制約金剛石/鋁復合材料導熱性能發(fā)揮的關鍵因素是金剛石與鋁基體的界面結合狀態(tài)。由于金剛石與鋁基體不潤濕，且不同晶面碳原子成鍵方式的差異導致其與基體的選擇性潤濕，即鋁基體選擇性黏附在金剛石的{001}晶面上，幾乎不與{111}晶面結合，降低了界面結合強度，提高了復合材料的界面熱阻。因此，優(yōu)化復合材料界面是獲得高導熱金剛石/鋁復合材料的關鍵，其主要手段是基體合金化和金剛石表面金屬化。對于鋁基體而言，常用的基體合金化元素為 Si,Cu,Ti 等。不同合金元素在基體和界面處的存在形式有差異，目前，針對合金元素添加對金剛石/鋁復合材料的界面行為和導熱性能的影響機制尚不完善，有待于進一步研究。
       金剛石表面金屬化是更直接地改善復合材料界面狀態(tài)的方式，常用的鍍層通常包括碳化物形成元素（W,Mo,Cr,Ti,Si）和非碳化物形成元素（Ni,Cu,Ag）。由于采用強碳化物形成元素不但與金剛石顆粒形成化學反應結合，同時與鋁基體發(fā)生擴散結合，其界面優(yōu)化效果強于非碳化物形成元素。值得注意的是一旦其與鋁基體之間有金屬間化合物產(chǎn)生，那么對復合材料導熱性能的提高是不利的。通過工藝參數(shù)控制界面層結構對獲得高界面熱導是十分必要的，目前，針對金剛石表面金屬化鍍層對復合材料界面微觀組織及界面熱傳導機制的影響研究尚不充分，還需要開展系統(tǒng)的研究工作。

       參考文獻
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