本研究的主要作者包括Kaijie Lu、Chunju Wang、Changrui Wang、Haidong He、Xueliang Fan、Feng Chen和Fei Qi，研究发表于《Journal of Alloys and Compounds》期刊，文章发布于2023年5月18日。该研究聚焦于热压烧结过程对金刚石/铜复合材料（diamond/copper composites，简称D/C复合材料）的热导率的影响，研究的目标是为集成电子设备的散热提供高效材料，特别是在高热流密度情况下的热管理。
随着电子集成设备向小型化和多功能化的快速发展，设备生成的高热流密度严重影响了设备的性能，甚至可能导致设备故障。温度被认为是电子设备故障的主要原因，国际半导体技术路线图（ITRS）预测，未来集成设备的热流密度将达到1000 W/cm²。然而，传统的带鳍散热器无法满足这种高热流密度的散热需求。微通道散热器（microchannel heat sink，MCHS）因其具有较大的比表面积和低的传热温差，已被广泛应用于高热流密度集成设备的散热研究中。然而，传统的MCHS材料如铜（Cu）、铝（Al）等已无法满足这些需求。金刚石因其超高的热导率和低热膨胀系数（CTE）被认为是理想的散热材料，但由于金刚石的加工难度高，成本较大，限制了其广泛应用。金刚石/铜复合材料结合了金刚石的高热导率和铜的高工作温度，且具有较低的CTE，使其成为理想的散热材料之一。
本研究的主要目标是通过热压烧结技术制备金刚石/铜复合材料，分析不同金刚石粒度、体积分数、烧结温度和烧结压力对复合材料热导率和相对密度的影响，以期为集成电子设备的散热提供高效的材料解决方案。
本研究的实验流程主要包括以下几个步骤：
金刚石和铜的原材料准备：本研究使用了MBD8型合成单晶金刚石（粒度230 µm）和99.9%纯度的铜粉（直径10 µm）作为原材料。此外，采用磁控溅射技术在金刚石表面涂覆了200 nm厚的铬（Cr）层，以增强金刚石与铜之间的界面结合力。
粉末混合与烧结：金刚石与铜粉按体积分数6:4的比例在无水乙醇中混合，使用磁力搅拌机进行均匀混合。混合后的粉末在真空干燥炉中干燥，去除乙醇。然后，将混合粉末填充至定制的石墨模具中，进行热压烧结。烧结温度设定为800°C至1000°C，烧结压力为800 N至1600 N。
材料表征与测试：通过扫描电子显微镜（SEM）观察金刚石/铜复合材料的表面形貌和微观结构。使用X射线衍射（XRD）分析复合材料的相组成，利用热膨胀计测量复合材料的CTE。
热导率与热管理实验：通过激光闪烁法（LFA）测量复合材料的热扩散系数，再根据已知公式计算热导率。最后，进行微通道散热实验，通过控制进气速度和压力变化，测试金刚石/铜复合材料在实际散热条件下的表现。
金刚石粒度与体积分数对热导率的影响：实验表明，随着金刚石粒度和体积分数的增加，复合材料的相对密度显著下降，热导率表现出先增加后下降的趋势。当金刚石粒度为230 µm、体积分数为60%时，热导率达到最大值564.2 W/m·K。在金刚石粒度较小或体积分数较低时，复合材料的热导率较高。
烧结参数的优化：研究发现，烧结温度和烧结压力对金刚石/铜复合材料的热导率有重要影响。随着烧结温度的升高，复合材料的热导率首先增加，然后在900°C以后下降。烧结压力对热导率的影响与温度相似，在1400 N压力下热导率达到最大值564.2 W/m·K。
界面结合力与CTE的分析：通过Cr层的涂覆增强了金刚石与铜之间的界面结合力。研究表明，金刚石/铜复合材料的CTE为7.01 × 10⁻⁶ K⁻¹，符合电子集成设备的封装要求。
微通道散热实验：在微通道热沉实验中，金刚石/铜复合材料能够将热源的表面温度控制在59.9°C，当入口速度为0.4 m/s时，冷却效果达到40.1°C。
本研究通过热压烧结制备了金刚石/铜复合材料，并分析了其热导率、相对密度、CTE及其在微通道散热中的应用。研究结果表明，金刚石粒度和体积分数、烧结温度与压力对复合材料的热导率具有显著影响。最佳的热导率出现在1400 N的烧结压力和900°C的烧结温度下，达到了564.2 W/m·K，且CTE为7.01 × 10⁻⁶ K⁻¹，适用于电子集成设备的封装需求。微通道散热实验显示，金刚石/铜复合材料具有出色的散热能力，能够有效降低电子设备的表面温度。
金刚石/铜复合材料在电子设备散热中的应用具有重要意义。该材料的高热导率和低CTE使其成为满足高热流密度散热需求的理想选择。特别是在集成电子设备、航天雷达等领域，金刚石/铜复合材料具有广泛的应用前景。本研究不仅提供了一种新型的高效散热材料，还为微通道散热技术的发展提供了理论依据和实验支持。
本研究的创新之处在于其热压烧结工艺的优化和金刚石/铜复合材料的界面工程，提供了新的材料设计思路，为电子设备的散热提供了有力的技术支持。