01研究背景 高性能、高功率電子器件持續小型化與高集成，使封裝材料的散熱能力成為壽命與可靠性的關鍵限制。金剛石增強鋁基復合材料因低密度、高熱導率、可調熱膨脹系數而被認為是下一代電子封裝的潛力材料；但常規滲透法制備時，金剛石/Al 界面容易生成 Al4C3，該相在潮濕環境下易水解，導致熱導率與穩定性顯著劣化。 現有的界面調控思路（如在金剛石表面引入能形成碳化物的元素涂層 Ti/W/Zr 等）雖能抑制 Al4C3，但往往帶來鋁基體中金屬間化合物生成、聲子失配加劇等問題，使復合材料熱導率仍顯著低于理論值。為此，本文選擇 SiC 作為更匹配金剛石聲子輸運的界面相：SiC 本征熱導率較高，理論上能降低聲子失配并抑制 Al4C3。然而傳統 CVD 制備 SiC 薄膜可能存在與金剛石結合弱、厚度難控等限制。因此本文聚焦的問題是：能否在金剛石顆粒表面制備“均勻、納米級、與金剛石強結合”的 SiC 涂層，并在滲透制備 diamond/Al 復合材料時同時實現高熱導與高界面穩定性？作者提出用“磁控濺射沉積 Si 預置層 + 真空高溫退火碳化生成 SiC”的路線，并系統研究預置層相變、界面產物演化與熱導率提升機制。 02研究總結 當退火溫度從 750 ℃ 升高到 1300 ℃ 時，Si 預置層的相變為：非晶 Si → 晶態 Si → 晶態 Si + SiC → SiC。 Si 預置層的相變顯著影響 diamond/Al 復合材料的界面冶金產物與熱導率。非晶 Si 與晶態 Si 預置層在滲透過程中均會被鋁熔體沖刷掉，對應界面結構為 diamond-Al4C3-Al（with low content of Si）。當引入 SiC 層后，界面處 Al4C3 含量大幅降低，對應界面結構為 diamond-SiC-Al4C3（low content, dispersed)-Al；熱導率最高可達 723 W·m?1·K?1。 在具有 diamond-SiC-Al4C3（low content, dispersed)-Al 界面的 diamond/Al 復合材料中，構建了由 SiC/Al、SiC/Al4C3 與 SiC/diamond 界面組成的串聯/并聯混合結構，從而顯著增強熱導率。此外，均勻的 SiC 層在 diamond 與 Al 的界面傳熱中起到橋接作用，導致 diamond/Al 界面的聲子失配降低，并提高了 diamond/Al 復合材料中熱載流子的透射效率。 03圖文解析 圖1. 通過磁控濺射制備 Si 涂層金剛石顆粒增強鋁基復合材料的流程示意圖 圖2.（a）磁控濺射 30 min 制備的 Si 預置層的 SEM 圖像，（b、c）對應的元素分布圖，（d）XRD 譜圖；（e、f）磁控濺射 90 min 制備的 Si 預置層表面 SEM 圖像；（g）磁控濺射 90 min 制備的 Si 預置層截面 SEM 圖像；（h）磁控濺射 90 min 制備的 Si 預置層截面示意圖；（i）不同退火條件下 Si 涂層金剛石的 XRD 譜圖，（j）對應的 Raman 光譜 圖3. Si 涂層金剛石顆粒在（a）900 ℃ 退火 2 h、（b）1200 ℃ 退火 2 h 和（c）1300 ℃ 退火 3 h 后的 SEM 圖像。這里，（a1、b1、c1、d1）指（100）晶面，而（a2、b2、c2、d2）指（111）晶面 圖4. 使用 Si 涂層金剛石顆粒制備的 diamond/Al 復合材料的截面 SEM 圖像：（a）退火前，（b）1100 ℃ 退火 2 h 后，（c）1300 ℃ 退火 2 h 后，（d）1300 ℃ 退火 3 h 后。使用 Si 涂層金剛石顆粒制備的 diamond/Al 復合材料拋光界面的 SEM 圖像：（e）退火前，（f）1100 ℃ 退火 2 h 后，（g）1300 ℃ 退火 2 h 后，（h）1300 ℃ 退火 3 h 后 圖5. 使用 Si 涂層金剛石顆粒制備的 diamond/Al 復合材料的 XRD 譜圖：（a）退火前，（b）1100 ℃ 退火 2 h 后，（c）1300 ℃ 退火 2 h 后，（d）1300 ℃ 退火 3 h 后 圖6. 使用 Si 涂層金剛石顆粒制備的 diamond/Al 復合材料在（a-a3）1100 ℃ 退火 2 h 和（b-b3）1300 ℃ 退火 3 h 后的元素分布結果。（c-c3）為（b-b3）所示樣品中白色顆粒的元素分布結果 圖7. 具有不同界面結構的 diamond/Al 復合材料的熱導率 圖8. Stage I 與 Stage II 中 diamond/Al 復合材料的界面結構及界面熱阻模型 表1. 界面熱導率計算中涉及的參數 圖9. 分別為 diamond-Al4C3-Al 界面、diamond-Al4C3（dispersed)-Al 界面以及 diamond-SiC-Al4C3（low content, dispersed)-Al 界面的聲子透射
