金剛石/鋁復(fù)合材料界面性質(zhì)第一性原理計(jì)算及界面反應(yīng)*

祝平 張強(qiáng)? 芶華松 王平平邵溥真 小林郁夫 武高輝

1) (哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 哈爾濱 150001)

2) (哈爾濱工業(yè)大學(xué), 先進(jìn)結(jié)構(gòu)功能一體化材料與綠色制造技術(shù)工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 哈爾濱 150001)

3) (日本東京工業(yè)大學(xué)材料系, 東京 152-8550)

采用第一性原理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法, 研究了金剛石/鋁復(fù)合材料的界面性質(zhì)及界面反應(yīng).計(jì)算結(jié)果表明: 金剛石(100)/鋁(111)界面粘附功更大, 相比金剛石(111)/鋁(111)的界面粘附功4.14 J/m2提高了41%.同時(shí), 金剛石(100)/鋁(111)界面處形成Al—C鍵合的趨勢更強(qiáng).Al—C鍵的引入能夠促進(jìn)金剛石(100)/鋁(111)界面處C—C鍵的形成, 提高界面粘附功.利用真空氣壓浸滲法制備金剛石/鋁復(fù)合材料, 并對金剛石/鋁復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行多尺度表征.在金剛石{100}面觀察到界面產(chǎn)物Al4C3, 且界面脫粘多發(fā)生在金剛石{111}面，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與計(jì)算結(jié)果相一致.濕熱實(shí)驗(yàn)研究了界面反應(yīng)對金剛石/鋁復(fù)合材料的影響, 進(jìn)一步表明抑制Al4C3生成、改善界面選擇性結(jié)合對于提高金剛石/鋁復(fù)合材料性能及穩(wěn)定性具有重要意義.本文的研究為第一性原理計(jì)算金剛石/金屬的界面性質(zhì)提供了新的思路, 也對金剛石/金屬復(fù)合材料的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義.

1 引 言

金剛石/鋁復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱、低膨脹、低密度等優(yōu)良特性, 其作為第四代熱管理材料在電子封裝領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展前景.金剛石/鋁的界面結(jié)合是材料制備與設(shè)計(jì)的關(guān)注熱點(diǎn).金剛石具有極強(qiáng)的化學(xué)惰性, 其與大多數(shù)純金屬間的潤濕性很差……