以下文章來源於天天老師說科研 ，作者愛學習的天天老師
近年來，隨著微電子技術和第三代半導體技術的進步，現代電子器件正朝著高度集成化、多功能化和高功率化的方向發展。然而，這種發展也帶來了一個嚴重的問題，即器件發熱量的急劇增加。這個問題直接影響到電子器件的工作穩定性、安全可靠性和使用壽命。在我國核心技術產業發展中，尤其是在電子信息和通信領域，散熱問題已經成為一個瓶頸。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.05.191
為了解決電子器件的散熱問題，需要先進的熱管理材料和製備技術。其中，金剛石增強銅基復合材料是目前應用最廣泛的熱管理材料之一。這種復合材料利用金剛石強化相的高熱導率和低熱膨脹係數，以及銅基體材料的優異導熱導電性能和良好的機械加工性能，具有很多優勢。因此，在航空航天、電子器件和國防軍用等高端技術領域，金剛石增強銅基復合材料得到了廣泛應用。
目前，金剛石增強銅基復合材料的製備主要採用固態製備方法和液態製備方法。這些方法需要在高溫高壓的條件下進行，不僅製造成本高，而且製造效率低下。此外，復合材料樣品的尺寸還受到加工模具和高溫加熱設備內部空間的限制。
為了克服上述問題，超聲波增材製造方法成為一種理想的選擇。這種方法屬於低溫製造方法，具有加工溫度低、工藝設計自由度高、清潔高效等優勢。通過超聲波增材製造方法，可以降低金剛石增強銅基復合材料的製造成本，並實現複雜幾何形狀的製造。
哈爾濱工業大學張洪濤教授和何鵬教授帶領的團隊通過對金剛石增強相顆粒的表面金屬化處理和空間位置約束，並在超聲波低溫固結技術下實現了金剛石強化相顆粒在層壓復合材料中穩定存在及其復合材料的自由成形和加工製備。相關成果以Microstructure and interface evolution of diamond/Cu composites prepared via ultrasonic additive manufacturing (UAM)為題發表在Journal of Materials Research and Technology期刊上。
首先，為了解決復合材料預製帶製備過程中金剛石顆粒對基體金屬層間導電性能的影響，需要對金剛石顆粒進行預處理，在其表面形成導電塗層。該鍍層同時可以有效改善金剛石與金屬基體材料的介面結合，抑制金剛石與金屬基體之間的不利反應，進而達到優化材料導熱性能和力學性能的目的。本文採用熔鹽法對金剛石進行表面鍍鉻處理，最終在金剛石顆粒表面形成了均勻、完整的鉻鍍層。
其次，通過設計三維柵格結構實現了金剛石強化相顆粒在復合材料層間的空間約束和固定。銅網呈現均勻、規則的編織結構，每個柵格空間均為獨立的正方形結構，在預製帶製備過程中通過手工鋪粉的方式，形成了每個柵格內只填充一顆金剛石顆粒的理想結構。
隨後，團隊利用電阻焊工藝構建「三明治」結構金剛石增強銅基復合材料預製帶，鍍鉻金剛石顆粒與銅箔基體形成了一定強度的連接。
最後，以預製帶作為復合材料疊層製備的原材料結構單元，實現了鍍鉻金剛石/銅復合材料的超聲波固結製備，該復合材料實現了金剛石與銅之間的優異結合，且熱導率達到428.07 W/m·K。
總之，隨著電子器件發展的需求，熱管理材料的研究和製備技術的發展變得尤為重要。金剛石增強銅基復合材料以其獨特的性能在高端技術領域得到廣泛應用。超聲波增材製造方法作為一種低溫製造方法，能夠有效解決製備過程中的一些問題，為金剛石增強銅基復合材料的製備提供了新的途徑，團隊提出的金剛石增強銅基復合材料快速短流程超聲固相增材製造工藝為顆粒增強金屬基復合材料製備提供了新的工藝思路，對熱管理類材料的發展和我國核心技術產業的進步具有重要意義。