2020-09-29
毋庸置疑，具有獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的高品級(jí)金剛石才會(huì)具備熱管理材料所要求的優(yōu)異性質(zhì)，如高熱導(dǎo)(990～2200W·m-1·K-1)、極低的熱膨脹系數(shù)(不超過1.0×10-6K-1)、低介電常數(shù)(約5.5)、高電阻率和擊穿場(chǎng)強(qiáng)(約1000kV/mm)。
金剛石顆粒熱導(dǎo)率：金剛石種類很多，不同品種間的性能差異很大。如天然IIa型金剛石在室溫下熱導(dǎo)率高達(dá)2200W·m-1·K-1;而人造單晶金剛石的熱導(dǎo)率，則根據(jù)其缺陷的多少而有所不同。
金剛石顆粒大小及其分布：L.Weber等人用不同粒度金剛石與Ag-Si制備復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)當(dāng)原料為MBD4級(jí)時(shí)，隨粒徑的增大復(fù)合材料熱導(dǎo)率逐漸增大，當(dāng)粒徑超過200μm時(shí)，熱導(dǎo)率達(dá)到800W·m-1·K-1。此后，復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨金剛石粒徑增大而下降。而采用高品質(zhì)金剛石時(shí)，復(fù)合材料熱導(dǎo)率逐漸增大，金剛石粒徑增大到300μm以上時(shí)熱導(dǎo)率仍可保持在800W·m-1·K-1的水平上。
金剛石晶型：人造金剛石晶型越完整，其熱導(dǎo)率越高。Flaquer等人通過線性追蹤法及Hasselman-Johnson模型對(duì)金剛石的體積分?jǐn)?shù)、顆粒尺寸尤其是晶型進(jìn)行了建模分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)金剛石晶型為正六面體時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到最大值，此后熱導(dǎo)率無明顯變化。
金剛石主要靠聲子導(dǎo)熱，其聲子平均自由程由聲子間的相互碰撞和固體中缺陷對(duì)聲子的散射決定。金剛石中的雜質(zhì)元素、位錯(cuò)和裂紋等晶體缺陷，殘留金屬催化劑及晶格位向等因素都會(huì)與聲子發(fā)生碰撞使其發(fā)生散射，從而限制了聲子的平均自由程，降低熱導(dǎo)率。復(fù)合材料導(dǎo)熱時(shí)，聲子、電子導(dǎo)熱及聲子-電子的相互作用對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響更為復(fù)雜，主要包括以下方面：
化學(xué)成分：化學(xué)組分越復(fù)雜,雜質(zhì)含量越多,材料熱導(dǎo)率降低越明顯。這是由于第二組分和雜質(zhì)的引入會(huì)引起晶格扭曲、畸變和位錯(cuò)，破壞晶體的完整性，增大聲子或電子的散射幾率。
內(nèi)部缺陷：材料中各種缺陷都是引起聲子散射的中心，會(huì)降低聲子平均自由程和材料熱導(dǎo)率。單晶中的雜質(zhì)、位錯(cuò)、裂紋等晶格缺陷以及復(fù)合材料中的氣孔等都會(huì)增大聲子散射幾率。
晶體結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉ЫY(jié)構(gòu)越復(fù)雜，導(dǎo)熱系數(shù)越低。多晶在結(jié)構(gòu)上的完整性和規(guī)則性都比較差，加上晶界上雜質(zhì)和畸變等因素都會(huì)使聲子散射增加。
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