高导热金刚石增强玻璃基复合材料的研究

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1、高导热金刚石增强玻璃基复合材料的研究童震松北京科技大学论文题目：高导热金刚石增强玻璃基复合材料的研究学号：_________________________B20030249作者：_________________________童震松专业名称：_________________________材料学2009年06月12日高导热金刚石增强玻璃基复合材料的研究Studyonthediamondreinforcedglassmatrixcompositeswithhighthermalconductivities研究生姓名：童

2、震松指导教师姓名：沈卓身北京科技大学材料科学与工程学院北京100083，中国DoctorDegreeCandidate：TongZhenSongSupervisor：ShenZhuoShenSchoolofmaterialsscienceandengineeringUniversityofScienceandTechnologyBeijing30XueyuanRoad，HaidianDistrictBeijing100083，P.R.CHINA分类号：____________TB33密级：______________公开Ｕ

3、ＤＣ：____________单位代码：______________１０００８北京科技大学博士学位论文高导热金刚石增强玻璃基复合材料的研究论文题目：童震松作者：_________________________指导教师：沈卓身教授单位：北京科技大学指导小组成员：单位：单位：论文提交日期：2009年06月12日学位授予单位：北京科技大学北京科技大学博士学位论文致谢本文是在导师沈卓身教授的悉心指导下完成的。在这期间，导师以其严谨的治学态度、执着的探索精神和实事求是、认真负责的科研工作作风鼓励和鞭策着我，使我在学业上学有所成。从

4、论文的选题、开展进行到最终论文的付梓，无处不凝结着导师的智慧与辛劳。首先向敬爱的沈老师致以最衷心的感谢和崇高的敬意！同时感谢本课题组的何业东教授、曹江利教授、张津教授及王德仁副教授、孔祥华副教授、王金伟副教授平时在学习、生活上给予的指导与帮助。感谢同实验室的张毓隽博士、罗大为博士、谢文静硕士、欧金凤硕士、杨丹硕士等在实验上提供的帮助。我们相互交流学习，度过了一段难忘的时光，共同见证了这些年来的热情、辛劳和汗水！我将永远记住这段难忘的时光！我要衷心地感谢我的家人和朋友们，你们的支持是鼓励我前行的不竭动力，使我最终顺利完成了博

5、士阶段的学习和研究。每当在我遇到困难的时候，你们总是给予我默默的理解和支持，感激之情难以言表。最后，真诚而衷心地感谢在百忙中对论文进行评审和评阅的专家们！-I-北京科技大学博士学位论文摘要广泛用于电子封装领域的低温共烧陶瓷（LTCC）有玻璃+陶瓷和玻璃陶瓷两种形式，但它们的热导率都比较低（2~6W/m·K），因此研究和开发高导热的LTCC材料就显得尤为重要。前人已报道过在玻璃中加入AlN、SiC、BeO等高导热颗粒的研究。本文尝试在DM-308玻璃中加入具有更高热导率的金刚石颗粒，并对此进行了初步研究。研究表明，熔融玻璃会

6、对金刚石颗粒产生侵蚀，而且与金刚石的润湿较差。为了解决上述问题，分别在金刚石、镀Ti金刚石和镀Cr金刚石表面化学镀Cu，然后对镀Cu层进行控制氧化，从而获得一定厚度的Cu2O层。为此，在氧化热力学计算的基础上，确定了氧化气氛和温度范围。氧化动力学研究结果表明，金刚石颗粒表面的化学镀铜层的氧化符合抛物线规律，其抛-122-4-1物线速度常数为1.1275×10g·cm·min，并由此确定了合适的氧化时间。将经过上述处理的金刚石颗粒与DM-308玻璃通过无压烧结和放电等离子烧结（SPS）的方法制备成块体复合材料。研究了烧结方法

7、、金刚石粒度、含量、表面镀铜层厚度以及金刚石表面镀层类型对复合材料的致密度、表面和界面形貌、热导率、热膨胀系数、介电常数等的影响。结果表明，与无压烧结相比，放电等离子烧结不仅可以降低烧结温度，而且可以有效提高烧结体的致密度，从而可以获得高热导率的复合材料。在复合材料中，Cu2O层在玻璃中的溶解和扩散改善了金刚石与玻璃的结合。Cu/金刚石、Ti/金刚石和Cu/Cr界面分别是镀Cu金刚石、镀Ti/Cu金刚石、镀Cr/Cu金刚石增强玻璃基复合材料中结合最弱的界面；而金刚石表面经过镀Ti和镀Cr处理可以显著改善复合材料的界面结合。

8、复合材料的热导率随着金刚石粒度和含量的增加而增加。当金刚石含量为70vol%时，镀铜层厚度1.59μm、粒度100μm的镀Cr金刚石增强玻璃基复合材料热导率最高可达91W/m·K，为目前同类材-6料的最高值。复合材料的热膨胀系数为3.3~4.1×10/K，能满足电子封装要求。对Agari模型进行了补充和