Design of interfacial Cr3C2 carbide layer via optimization of sintering parameters used to fabricate copper/diamond composites for thermal management applications

材料科学 烧结 钻石 热导率 碳化物 复合材料 复合数 放电等离子烧结 扫描电子显微镜 微观结构 金属基复合材料
作者
Ł. Ciupiński,Mirosław J. Kruszewski,Justyna Grzonka,Marcin Chmielewski,Radosław Zielińsk,Dorota Moszczyńska,A. Michalski
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier]
卷期号:120: 170-185 被引量:120
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2017.02.005
摘要

To produce metal-diamond composite materials with high thermal conductivity, it is important for a high-quality carbide interface to exist between the metal matrix and diamond. The addition of carbide-forming elements to the matrix positively influences the interfacial thermal conductance (ITC), and is an effective method for improving the bulk thermal conductivity of composite materials. Diamond powder was mixed with Cu0.65Cr alloy powder, using a 1:1 volume ratio. The pulse plasma sintering (PPS) parameters were optimized to control the carbide interface between the diamond and matrix. The microstructures and phase compositions of the fabricated materials were examined using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The interfacial layer was characterized using SEM and focused ion beam (FIB) techniques. The residual Cr content of the matrix was estimated, to determine its influence on the thermal properties of the matrix. To calculate the ITC, differential effective medium (DEM) and Hasselman-Johnson (H–J) models were used. The highest thermal conductivity of 687 W m− 1 K− 1 was achieved by a composite material that was fabricated at 850 °C over a period of 10 min, which had an 81-nm-thick interfacial carbide layer. An ITCDEM value of 5·107 W m− 2 K− 1 was obtained.
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