近年來，隨著微電子技術和第三代半導體技術的進步，現(xiàn)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(fā)展。然而，這種發(fā)展也帶來了一個嚴重的問題，即器件發(fā)熱量的急劇增加。這個問題直接影響到電子器件的工作穩(wěn)定性、安全可靠性和使用壽命。在我國核心技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，尤其是在電子信息和通信領域，散熱問題已經(jīng)成為一個瓶頸。

為了解決電子器件的散熱問題，需要先進的熱管理材料和制備技術。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系數(shù)，以及銅基體材料的優(yōu)異導熱導電性能和良好的機械加工性能，具有很多優(yōu)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制備主要采用固態(tài)制備方法和液態(tài)制備方法。這些方法需要在高溫高壓的條件下進行，不僅制造成本高，而且制造效率低下。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，超聲波增材制造方法成為一種理想的選擇。這種方法屬于低溫制造方法，具有加工溫度低、工藝設計自由度高、清潔高效等優(yōu)勢。通過超聲波增材制造方法，可以降低金剛石增強銅基復合材料的制造成本，并實現(xiàn)復雜幾何形狀的制造。

近日，哈爾濱工業(yè)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，并在超聲波低溫固結技術下實現(xiàn)了金剛石強化相顆粒在層壓復合材料中穩(wěn)定存在及其復合材料的自由成形和加工制備。該研究采用掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散光譜（EDS）、聚焦離子束（FIB）和高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）分析了cr-金剛石與銅基質的微觀結構和界面構型。此外，利用電子后向散射衍射（EBSD）方法評價了cr-金剛石顆粒周圍基體的微觀結構演化。結果表明，鉻-金剛石由于劇烈的塑性變形，與基體形成了良好的固體粘合。Dia/Cu復合材料的導熱系數(shù)為428.07 ± 3.3W/mK，金剛石體積分數(shù)為8.8%。這一工藝的研究為低溫、低壓、自由設計和開放的顆粒增強金屬基體復合材料的制造開辟了新的途徑。相關研究成果以Microstructure and interface evolution of diamond/Cu composites prepared via ultrasonic additive manufacturing”為題發(fā)表于《Journal of Materials Research and Technology》。

圖1 超聲固結快速制備硅/銅復合材料的示意圖

圖2 Cr-Dia/Cu復合材料(a)的界面微觀結構和(b)金剛石（100）/Cu、(c)金剛石（111）/Cu的EDS作圖結果

圖3 鉻涂層金剛石/銅界面的界面表征。（aed）TEM亮場圖像；（1-d1）HRTEM，（2-d2）FFT和（3-d3）IFFT模式

圖4 金剛石/Cu復合材料的(a) SEM圖像；(b) IPF；(c) GB；(d) GND；(e)和(f)Kam和GND值分別隨金剛石附近不同截面區(qū)域的變化

來源：復合材料體驗館