Med den snabba upprepningen av AI-datorkraft och eskalerande utmaningar med värmeavledning i avancerade-chips, framträder diamant med ultra-hög värmeledningsförmåga som ett lovande halvledarmaterial. Diamonds exceptionella värmeledningsförmåga härrör från dess unika mikrostruktur, som främst förlitar sig på gittervibrationer för värmeöverföring. De extremt starka C–C-bindningarna mellan kolatomer, i kombination med den lilla atommassan av kol, begränsar atomer till vibrationer nära det potentiella energiminimum-och ger diamanten en utomordentligt hög värmeledningsförmåga. Samtidigt deltar alla valenselektroner i diamant i bindning och kan inte röra sig fritt, vilket ger den utmärkt elektrisk isolering. Denna dubbla egenskap av "hög värmeledningsförmåga + isolering" vidgar dess tillämpningsområde ytterligare.
Diamantpulver i mikron- eller nanometer-skala, som kännetecknas av koncentrerad partikelstorleksfördelning, väl-definierad morfologi, hög renhet, få inre defekter och extremt hög värmeledningsförmåga, kan inkorporeras i metall-matrismaterial för användning som kylflänsar, värme-spridningsmaterial, etc. De tjänar även som funktionssubstrat, etc. (TIM) såsom termiska fetter, termiska lim och termiska kuddar.
Diamantmikropulverberedning
För närvarande är den primära industriella metoden för att framställa diamantmikropulver den statiska hög-temperaturen hög-högtrycks (HPHT)-krossningsvägen: grova-korniga enkristalldiamantpartiklar som syntetiseras via HPHT används som råmaterial, som sedan utsätts för rening, krossning och klassificering.
(1) Diamantsyntes– HPHT-metoden fungerar vanligtvis vid höga temperaturer (1300–1700 grader) och höga tryck (5–7 GPa), med grafitpulver och metallkatalysatorpulver som huvudsakliga råmaterial. Under inverkan av katalysatorn omvandlas kolkällan (grafit) till diamant.
(2) Krossning och formning– Krossnings- och formningsprocesserna påverkar direkt partikelformen och utbytet av målpartikelstorlekar. Generellt uppnås reducering av grova råvaror till mikron- eller submikronstorlekar genom två grundläggande metoder: mekanisk stöt och strålfräsning.
(3) Klassificering– Klassificering av partikelstorlek är ett kritiskt steg i produktion av diamantmikropulver, vilket påverkar både produktionseffektivitet och produktkvalitet. Många tillverkare kombinerar för närvarande naturlig sedimentering och centrifugering för att producera fullt-mikropulver från fina till grova kvaliteter.
Termisk applikation 1: Det optimala termiskt ledande fyllmedlet
Diamantfyllmedel är dispergerade i polymermatriser (t.ex. silikoner, epoxihartser) för att bilda kompositer, som fyller mikroskopiska luckor mellan värmegenererande komponenter och kylflänsar, minskar kontaktvärmemotståndet och etablerar kontinuerliga värmeledningsnätverk för att snabbt avleda ackumulerad värme. Som kärnråvaran i TIMs såsom termiska fetter, kuddar och inkapslingsmedel, bestämmer diamantpulver direkt effektiviteten och stabiliteten hos värmehanteringssystemet.
Termisk tillämpning 2: Hög-diamant-/metallkompositer
Med hjälp av diamants höga värmeledningsförmåga, låga värmeutvidgningskoefficient och låga densitet utvecklar forskare aktivt metallmatriskompositer förstärkta med diamantpartiklar för tillämpningar med hög värmeledningsförmåga. De enastående termofysiska egenskaperna hos diamant/metallkompositer gör dem mycket lovande för elektronisk förpackning. Aktuell forskning fokuserar främst på tillverkningsmetoder som pulvermetallurgi och vätskeinfiltration. Konventionellt bearbetade diamant/aluminiumkompositer uppnår värmeledningsförmåga på 250–600 W/(m·K), medan diamant/kopparkompositer kan nå 420–900 W/(m·K).
Diamantpulver är det viktigaste råmaterialet som bestämmer den övre gränsen för kompositens värmeledningsförmåga; dess kvalitet, partikelstorlek och kristallmorfologi påverkar direkt slutproduktens prestanda. På liknande sätt begränsar dålig gränssnittskompatibilitet mellan diamant- och metallmatriser-som leder till kraftig fononspridning vid gränssnitten-kompositens värmeledningsförmåga. Detta kan mildras genom att optimera tillverkningsprocesser, modifiera ytjämnhet och kemiska tillstånd hos diamantpartiklar för att förbättra gränsytebindning, eller införa gränsyteövergångsskikt via matrislegering eller ytmetallisering av diamantpartiklar.
Med en solid industriell grund och stora marknadsmöjligheter accelererar många inhemska företag FoU och industrialisering av diamantbaserade-baserade termiska hanteringsmaterial i kompositmaterial.