近年來，金剛石/銅復合材料因其優異的導熱性和低熱膨脹系數而備受關注。然而，金剛石與銅基體之間較差的界面潤濕性和聲子失配導致界面熱阻較高，實際導熱系數與理論導熱系數存在顯著差異，這給復合材料的應用帶來了諸多挑戰。
為解決這些問題，西安理工大學材料科學與工程系陳文革教授等研究團隊采用鹽浴電鍍技術在金剛石表面沉積鎢層，然后利用放電等離子燒結法制備金剛石/銅復合材料。結果表明，鎢涂層與金剛石界面處發生原位反應，形成碳化鎢過渡層，有效降低了界面熱阻，并抑制了高溫燒結過程中金剛石的石墨化。
所合成的金剛石/銅復合材料的最大相對密度為97.7%，導熱系數為611.92 W/(m·K)，熱膨脹系數為7.24 × 10?? ?K?1 。金剛石/銅復合材料良好的導熱性歸因于界面結合的改善、銅基體中電子傳導的增強、能量耗散的減少和聲子傳導的增強以及界面傳熱的改善。
圖摘
制備的鎢涂層金剛石/銅復合材料解決了銅與金剛石之間界面結合差和界面熱阻高的問題，提高了材料的熱性能。主要結論如下：
(1) 通過鹽浴使用混合熔鹽成功在金剛石表面沉積了鎢，并形成了 0.4 μm 的碳化物層。通過 C-W 化學鍵增強了界面結合，優化了熱傳導路徑。
(2) 采用 SPS 方法制備的鎢涂層金剛石/銅復合材料能有效抑制金剛石表面的石墨化，降低界面熱阻，其導熱系數可達 611.92 W/(m·K)，是理論導熱系數的 84.2%，其熱膨脹系數為 7.23×10?? K?1。
(3) 金剛石/銅復合材料的熱傳導機制包括銅基體中的電子傳導、金剛石增強相中的聲子傳導以及界面處的熱傳遞行為。W 鍍層與銅基體之間形成的共價鍵合界面顯著減少了聲子散射損失。同時，SPS 工藝的高致密化效應拓寬了界面熱傳導通道。兩者的協同作用增強了界面聲子耦合效率。
該研究以題為“Thermal conducting mechanisms in tungsten-coated diamond/copper composite”發表在《Diamond and Related Materials》
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來源：https://doi.org/10.1016/j.diamond.2025.113287
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