热沉用高导热碳/金属复合材料研究进展
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发布时间：2024-07-21 20:41
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时间：2024-08-06 18:07
在日益增长的高功率电子设备散热需求面前，碳/金属复合材料正崭露头角，成为理想的热沉材料。本文深入剖析了这一领域的发展现状，重点聚焦于传热理论、影响因素、成型技术以及关键突破，以期揭示其在提升热导率方面的潜力。
1. 理论与挑战
碳/金属复合材料的卓越性能源自于电子在金属中快速导热，而碳增强体则通过声子传输热量。然而，非金属-金属界面的声子交换往往是热阻的关键来源。AMM模型虽能预测不同成分和界面结构对热阻的影响，但精确模拟碳/金属界面仍面临技术瓶颈，亟待改进。
2. 现状与优化
有限元模拟虽能宏观分析增强体参数，如定向碳纤维/铜的热传导，但对金刚石/铜复合材料的界面阻，如金刚石尺寸的依赖性，显示了模拟的局限性。结合第一性原理/分子动力学和有限元模拟，研究者正寻求建立多尺度分析框架，以揭示碳特性与热阻的内在关系，为高导热材料设计提供理论依据。
3. 关键因素与突破
天然的传热不匹配往往带来高界面热阻。通过减少界面含量和增大增强体尺寸，有望提高热导率，但大尺寸可能牺牲强度。混合不同尺度的金刚石，如粗细混搭，可提升堆垛密度和性能。表面涂覆和金属合金化等技术正在研发，以改善碳/金属结合，如低固溶元素B、Cr的界面改性，以及石墨烯的加入，显著提升热性能。
4. 近终成型与挑战
尽管近终成型技术如浸渗和3D打印可制备出复杂形状的高碳含量材料，如翅片形金刚石/铜热沉，但预制坯体的烧结问题仍需解决。如何优化烧结工艺，如使用有机石蜡载体，同时减少粘结剂对碳含量的影响，是亟待解决的关键问题。
5. 发展愿景与未来方向
面对碳/金属复合材料在热控构件设计、加工和封装方面的不足，研究者需聚焦于多尺度计算方法的提升，界面设计的优化，以及近终成型技术的革新。通过这些突破，我们有望加速碳/金属复合材料在电子消费、医疗设备等新兴产业中的应用，推动公司向着一流材料方案服务商迈进。
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