激光选区烧结金刚石/碳化硅复合材料性能研究
2021-10-08唐弋昊周佳骏李晨辉
化学与生物工程 2021年9期
关键词:复合材料
唐弋昊,周佳骏*,邹 阳,李晨辉
(1.中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209;2.中国科学院大学,北京 100049; 3.华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北 武汉 430074)
金刚石是自然界已知物质中硬度最大(莫氏硬度10,表面洛氏硬度接近100)和热导率最高(2 200 W·m-1·K-1)的材料,具有耐腐蚀、低膨胀、抗辐射等优异性能。通常将金刚石颗粒作为增强相与结合相烧结形成如金刚石/铜或金刚石/铝等金属基复合材料,用于制备电子元器件的散热基片[1-3]。但由于金属材料本身热胀冷缩明显,其与金刚石结合得到的复合材料的热膨胀系数较大(一般>5.8 K-1),存在热膨胀系数不匹配导致的热应力过大的问题。而SiC由于热膨胀系数比金属材料小得多,同时拥有低密度、高比刚度和较高的热导率,将二者结合得到的金刚石/碳化硅复合材料兼具超高硬度、超高热导率,同时具有优异的热稳定性、耐磨性能,有望在精密仪器领域作为测量量规、精密轴承、机械密封部件材料,在电子领域作为电子封装材料,在航天领域作为涡轮发动机叶片、航空发动机热端部件、空间反射镜材料等,被认为是新一代最具发展潜力的高性能特种陶瓷复合材料之一[4]。
早期金刚石/碳化硅复合材料的制备多采用化学气相沉积(CVD)法,在SiC基体的表层生长出微米或者纳米级的金刚石颗粒以提高SiC材料表面的硬度、耐磨性能和散热性能等[5-7]。但是CVD法制得的金刚石膜存在易开裂甚至脱落及薄膜性能达不到预期等问题。于……
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