陳冰威，楊雪峰，栗正新，王來(lái)福，韓敬賀

(1.河南工業(yè)大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院,鄭州 450000;2.河南省惠豐金剛石有限公司，河南 商丘 676200)

0 前言

隨著科技的發(fā)展，電子器件更新?lián)Q代的速率越來(lái)越高，這就導(dǎo)致了對(duì)于電子封裝材料的要求也越來(lái)越高。對(duì)于材料的要求正是推動(dòng)材料發(fā)展的動(dòng)力，所以，現(xiàn)如今的電子封裝材料已經(jīng)經(jīng)歷了三代的發(fā)展。

第一代電子封裝材料是W/Cu[1-4]、Mo/Cu[2,5-7]合金為首的以鎢、鉬元素金屬顆粒增強(qiáng)銅基形成導(dǎo)熱復(fù)合材料。該復(fù)合材料相較于Invar合金與Kovar合金具有相對(duì)較高的導(dǎo)熱系數(shù)，但是該復(fù)合材料主要是以鎢、鉬金屬顆粒作為單獨(dú)第二相，無(wú)法克服密封性差，導(dǎo)熱系數(shù)小，可加工性差等問(wèn)題。第二代電子封裝材料主要是以碳化硅[8-12]和硅增強(qiáng)銅基、有機(jī)基體或鋁基作為復(fù)合材料。相較于第一代復(fù)合材料，第二代復(fù)合材料具有導(dǎo)熱系數(shù)高，氣密性好，易加工的特點(diǎn)。但是由于碳化硅和硅的本征熱導(dǎo)率較低，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率具有不可突破的上限，所以第三代的電子封裝材料應(yīng)運(yùn)而生。第三代電子封裝材料主要是以碳納米管[13]、石墨烯[14]、納米金剛石[15]等高導(dǎo)熱碳材料增強(qiáng)銅基或鋁基[16-17]制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料。其中，金剛石的本征熱導(dǎo)率高(為1200～2000W/(m·K))，銅基的導(dǎo)熱能力好，對(duì)于溫度的適應(yīng)范圍較寬，所以，如今金剛石/銅復(fù)合材料的研究已經(jīng)成為了一個(gè)熱點(diǎn)方向。

金剛石/銅復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)往往低于計(jì)算結(jié)果[18-19]，究其原因，是因?yàn)榻饎偸瘍?nèi)部為聲子導(dǎo)熱，金屬內(nèi)部為電子導(dǎo)熱，聲子與電子的散射會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料熱導(dǎo)系數(shù)的下降。另一方面，復(fù)合材料內(nèi)部的雜質(zhì)、缺陷以及兩相復(fù)合界面都會(huì)產(chǎn)生聲子的散射，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)合材料熱導(dǎo)率的下降。

本文通過(guò)總結(jié)金剛石/銅復(fù)合材料的制備工藝來(lái)進(jìn)行金剛石/銅復(fù)合材料的研究進(jìn)展概述。

1 制備工藝

因?yàn)榻饎偸c銅的界面潤(rùn)濕性差，兩相界面結(jié)合較弱，且金剛石硬度高，而銅相較于金剛石硬度低，所以現(xiàn)在大多數(shù)金剛石/銅復(fù)合材料制備方法主要還是依靠外界施加一定溫度與壓力。一般來(lái)說(shuō)，金剛石/銅復(fù)合材料的制備工藝有熱壓燒結(jié)法、高溫高壓燒結(jié)法、放電等離子燒結(jié)法還有浸滲法等。

1.1 熱壓燒結(jié)法

熱壓燒結(jié)法隸屬于粉末冶金工藝，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將粉末進(jìn)行加熱，進(jìn)而燒結(jié)成為具有一定強(qiáng)度和致密度的塊體，是原來(lái)制備傳統(tǒng)陶瓷材料的一種主要方法。熱壓燒結(jié)制備金剛石/銅復(fù)合材料大致上來(lái)說(shuō)就是將金剛石顆粒和銅粉在模具中混合均勻，將模具放置在真空熱壓爐中進(jìn)行燒結(jié)，以期待生成致密度高，界面結(jié)合強(qiáng)的復(fù)合材料。相較于冷壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)所需壓力小，致密度也較好。

趙勇智等[20]通過(guò)液體石蠟作為潤(rùn)濕劑，在最高溫度700℃，最高壓力75kN，保溫40s，通過(guò)熱壓燒結(jié)法制備金剛石/銅復(fù)合材料。該復(fù)合材料熱導(dǎo)率為245.89W/(m·K)，所測(cè)得的熱導(dǎo)率小于預(yù)期水平，其主要原因是在脫模過(guò)程中，對(duì)制備樣品造成了損壞，造成了棱邊缺失問(wèn)題。并且由于金剛石和顆粒尺寸相差較大，盡管使用了液體石蠟作為潤(rùn)濕劑，還是無(wú)法克服兩相混合不均的情況，極大地降低了復(fù)合材料熱導(dǎo)率。其次，僅依靠液體石蠟作為潤(rùn)濕劑，無(wú)法對(duì)兩相界面結(jié)合提供有利的幫助，也無(wú)法改變兩相之間僅為機(jī)械結(jié)合的本質(zhì)。

圖1 熱壓燒結(jié)的簡(jiǎn)要示意圖[21]Fig.1 Schematicchart of hot pressing sintering[21]

Zhang等[21]用松散的鎢粉退火后，在金剛石表面鍍上不同類(lèi)型的鎢層，然后用化學(xué)鍍方法沉積外銅層。該文研究了雙層膜對(duì)金剛石/銅復(fù)合材料組織和熱導(dǎo)率的影響，結(jié)果表明，金剛石經(jīng)900℃鎢粉處理2h后，鎢涂層呈現(xiàn)出完整均勻的結(jié)構(gòu)，提高了金剛石與銅基體的界面結(jié)合，降低了金剛石與銅基體的熱邊界電阻。此外，外覆銅層促進(jìn)了金剛石/銅復(fù)合材料的燒結(jié)過(guò)程，有利于金剛石/銅復(fù)合材料的低溫致密化。金剛石/Cu復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到721W/(m·K)。該復(fù)合材料制備突破了金剛石、銅兩相僅依靠機(jī)械結(jié)合的限制，引入碳化物形成元素W，在兩相界面形成碳化物，達(dá)到了增強(qiáng)兩相結(jié)合情況的目的。同時(shí)，鎢鍍層表面的銅鍍層在燒結(jié)過(guò)程中有效的增加了復(fù)合材料的致密化程度，極大的提高了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。

Wu等[22]將表面清洗過(guò)的金剛石顆粒在馬弗爐中被熔融的硝酸鉀在600℃下蝕刻60min，然后用去離子水清洗以除去殘留的雜質(zhì)和硝酸鉀。最后，將金剛石顆粒和高純銅粉(Ti含量為1.1 wt%)混合并在900℃和70 MPa的壓力下真空燒結(jié)60分鐘得到金剛石/銅復(fù)合材料，熱導(dǎo)率達(dá)到了514W/(m·K)。該研究通過(guò)金剛石刻蝕有效增大了金剛石的比表面積，從而提供更多的傳熱通道和集中的熱通量路徑，進(jìn)而優(yōu)化熱通量傳遞效率。同時(shí)刻蝕消除了部分sp2碳鍵，雖然sp2碳有益于碳與一些金屬原子之間的反應(yīng)，但其固有的熱導(dǎo)率低于sp3碳。此外，金剛石在(111)平面上的C-H鍵可能對(duì)界面結(jié)合產(chǎn)生不利影響，而這些C-H鍵同時(shí)會(huì)被蝕刻部分消除?？涛g有效改善了金剛石表面成鍵，但受限于熱壓燒結(jié)致密度較低的限制，無(wú)法取得較高熱導(dǎo)率。

熱壓燒結(jié)法工藝簡(jiǎn)單，成本較小，制備流程較好把控，所以廣泛用來(lái)制備陶瓷材料。但是對(duì)于金剛石/銅復(fù)合材料而言，由于金剛石與銅的表面潤(rùn)濕性差，兩相直接熱壓燒結(jié)會(huì)導(dǎo)致表面結(jié)合弱，同時(shí)易造成缺陷。現(xiàn)在的熱壓燒結(jié)法更加傾向于引入碳化物形成元素在燒結(jié)過(guò)程中形成碳化物填充在兩相之間，改善金剛石/銅兩相結(jié)合情況，已達(dá)到提升復(fù)合材料熱導(dǎo)率的目的。熱壓燒結(jié)法依賴(lài)碳化物形成元素的選擇以及燒結(jié)參數(shù)的確定，同時(shí)，熱壓燒結(jié)法受限于燒結(jié)設(shè)備的限制，只能單向軸向加壓，因此，想要制備出具備高熱導(dǎo)率的金剛石/銅復(fù)合材料還是比較困難的。

1.2 高溫高壓燒結(jié)法

高溫高壓燒結(jié)依靠六面頂壓機(jī)提供高溫高壓，一方面將銅粉熔融形成銅熔體，另一方面，金剛石顆粒在高溫高壓作用下開(kāi)始互相連接，形成金剛石三維網(wǎng)絡(luò)，在壓力的驅(qū)動(dòng)下，銅熔體充分填充在金剛石網(wǎng)絡(luò)的周?chē)?，形成致密的金剛?銅復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有極高的熱導(dǎo)率。同時(shí)也有一些實(shí)驗(yàn)未達(dá)到金剛石顆粒形成骨架的壓力，只是單純的利用高溫高壓增加復(fù)合材料的致密度，雖然熱導(dǎo)率沒(méi)有前者高，但是相較于其他制備工藝，復(fù)合材料熱導(dǎo)率還是有所提升。

圖2 高溫高壓燒結(jié)常用的六面頂壓機(jī)裝置[23]Fig.2 Hexahedral top press device commonly used in high temperature and high pressure sintering process[23]

夏揚(yáng)等[23]將金剛石與添加劑銅、鈷混合并進(jìn)行預(yù)處理后，采用高溫高壓燒結(jié)制備出復(fù)合材料，在燒結(jié)溫度為1200℃，燒結(jié)壓力為8GPa，燒結(jié)時(shí)間為9min的條件下，樣品的最高熱導(dǎo)率達(dá)到639W/(m·K)。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)探究了金剛石顆粒大小、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)溫度等參數(shù)對(duì)于復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)金剛石體積分?jǐn)?shù)一定的情況下，金剛石顆粒直徑存在臨界尺寸，臨界尺寸之下，隨著金剛石顆粒直徑的增加，金剛石顆粒比表面積增大，表面積增加，增加了復(fù)合材料聲子-界面的散射，降低了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。另一方面，該實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)比得出在溫度低于1200℃時(shí)，由于溫度偏低可能會(huì)出現(xiàn)燒結(jié)不充分的現(xiàn)象，而溫度高于1300℃，則會(huì)出現(xiàn)銅相的非正常流動(dòng)或偏聚，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)合材料出現(xiàn)裂縫和孔洞。

Yoshida等[24]將不同粒徑的金剛石粉末與銅粉混合，并在混合過(guò)程中控制金剛石與銅的體積比，在1150℃-1200℃、4.5GPa的高溫高壓條件下成功制備出金剛石/銅復(fù)合材料。當(dāng)金剛石粒徑為90～110μm、體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，復(fù)合材料熱導(dǎo)率達(dá)到742W/(m·K)。該實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制金剛石的粒徑和體積分?jǐn)?shù)，證明了相對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與金剛石的粒徑和體積分?jǐn)?shù)有關(guān)，而熱膨脹系數(shù)僅與金剛石的體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。在較高的金剛石體積分?jǐn)?shù)下，實(shí)驗(yàn)得到的復(fù)合材料熱導(dǎo)率高于理論預(yù)期值，實(shí)驗(yàn)得到的熱膨脹系數(shù)介于兩個(gè)理論核線之間。這可能是由于在較高的金剛石體積分?jǐn)?shù)下，金剛石顆粒緊密堆積，在每個(gè)顆粒之間形成結(jié)合。

綜上所述，高溫高壓法制備金剛石/銅復(fù)合材料所得性能差距較大，其主要原因是高溫高壓法能使復(fù)合材料具有較高的致密度，但是同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致材料的缺陷和孔隙，進(jìn)而降低復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。對(duì)于熱導(dǎo)率較高的復(fù)合材料，主要原因是金剛石顆粒含量高，在高溫高壓作用下金剛石顆粒直接連接成為金剛石骨架，極大地增強(qiáng)了復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力。

1.3 放電等離子燒結(jié)法

放電等離子燒結(jié)法是一種制備金剛石/銅復(fù)合材料的新型工藝，能夠使顆粒在低于材料熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行致密燒結(jié)，且燒結(jié)速度快，所需能量低，綠色環(huán)保。其主要工作原理就是向粉末顆粒通入脈沖電流并施加一定壓力，通過(guò)火花放電瞬間產(chǎn)生的等離子體均勻加熱顆粒，進(jìn)而使顆粒表面活化，實(shí)現(xiàn)超快速致密化燒結(jié)。

圖3 放電等離子燒結(jié)示意圖[25]Fig.3 The schematic chart of spark plasma sintering process[25]

朱聰旭等[25]通過(guò)將金剛石顆粒與NaCl、KCl以及微量活性鉻粉進(jìn)行熔鹽共混處理，得到了表面鍍鉻的金剛石顆粒。然后通過(guò)放電等離子燒結(jié)工藝制備了金剛石/銅復(fù)合材料。該實(shí)驗(yàn)在920℃，保溫時(shí)間為10min，施加50MPa壓力的工藝條件下，當(dāng)金剛石體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，金剛石/銅復(fù)合材料熱導(dǎo)率達(dá)到657W/(m·K)，證明了由鉻完全包裹的金剛石顆?？梢愿纳平饎偸?銅兩相界面，提升了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)研究了金剛石含量對(duì)于復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響。對(duì)于表面未鍍鉻金剛石，隨著金剛石體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；對(duì)于表面鍍鉻的金剛石而言，隨著金剛石體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料呈現(xiàn)隨金剛石體積分?jǐn)?shù)先上升后下降的趨勢(shì)。

Wang等[26]分別采用放電等離子燒結(jié)和熱壓燒結(jié)方法制備了用于電子封裝的層狀Ti覆層金剛石/Cu復(fù)合材料。用掃描電鏡對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)等熱性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，放電等離子燒結(jié)試樣的缺陷比熱壓燒結(jié)試樣少，界面結(jié)合對(duì)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有顯著影響，即熱導(dǎo)率隨碳化物層厚度的增加和氣孔的出現(xiàn)而減小。

綜上所述，放電等離子燒結(jié)工藝制備復(fù)合材料所需溫度一般是在材料熔點(diǎn)之下，且該工藝通過(guò)顆粒表面活化和附加壓力，所以該工藝制備復(fù)合材料所需能量少，燒結(jié)時(shí)間快且致密度較高。該工藝制備金剛石/銅復(fù)合材料主要研究金剛石粒徑、金剛石含量以及金剛石表面活性元素鍍覆等因素對(duì)于復(fù)合材料導(dǎo)熱率的影響。另外，現(xiàn)今為止還沒(méi)有對(duì)放電等離子燒結(jié)機(jī)理完全探究清楚，也無(wú)法定量表示整個(gè)燒結(jié)過(guò)程，所以，無(wú)法精準(zhǔn)控制放電等離子燒結(jié)過(guò)程，同時(shí)也無(wú)法精準(zhǔn)控制兩相界面組成以及尺寸。另一方面，由于燒結(jié)過(guò)程溫度以及壓力相較于高溫高壓較低，無(wú)法令金剛石之間直接連接成鍵，進(jìn)而生成金剛石骨架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致該工藝制備的復(fù)合材料無(wú)法達(dá)到較高的熱導(dǎo)率，一般低于700W/(m·K)。

1.4 熔滲法

熔滲法主要工藝就是利用高溫將銅粉末熔融成為銅熔體，然后在壓力或毛細(xì)現(xiàn)象的作用下，使銅熔體滲入到金剛石顆粒的縫隙中，以得到高導(dǎo)熱復(fù)合材料。熔滲法分為兩種，一種是壓力熔滲法，一種是無(wú)壓熔滲法。壓力熔滲法依靠外在壓力驅(qū)動(dòng)銅熔體滲入金剛石顆?？p隙，而無(wú)壓熔滲法依靠金剛石顆粒的毛細(xì)現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)銅熔體滲入金剛石顆?？p隙。兩種熔滲方法都能制備高致密度的金剛石/銅復(fù)合材料，且不易造成缺陷以及樣品的損傷。但是一般認(rèn)為兩種方法相對(duì)比而言，壓力熔滲法更加有制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料的潛力。

董應(yīng)虎等[27]將金剛石顆粒與鎢粉均勻混合制備金剛石預(yù)制坯體，通過(guò)無(wú)壓熔滲法制備金剛石/銅復(fù)合材料，并且通過(guò)控制復(fù)合材料中鎢粉的含量分析W元素?fù)诫s含量對(duì)于整個(gè)復(fù)合材料的界面組成、尺寸以及結(jié)合情況進(jìn)行了分析。該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)W摻雜量為10%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最大，最大值為450W/(m·K)。隨著W含量的繼續(xù)增加，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨之下降。無(wú)壓熔滲法無(wú)需外加壓力，僅僅依靠坯體的毛細(xì)管力驅(qū)動(dòng)銅熔體的滲入，制備效果不如壓力熔滲法。一方面，毛細(xì)管力依賴(lài)于預(yù)制坯體，所以金剛石坯體如果結(jié)合不緊密、表面存在孔隙缺陷或者表面鍍層與金剛石結(jié)合界面差導(dǎo)致鍍層與銅潤(rùn)濕性差，都會(huì)影響復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，另一方面，為了促進(jìn)銅熔體的完全滲入，則需要制備過(guò)程附加超過(guò)1200℃的高溫，且保溫時(shí)間一般超過(guò)60min。面對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的高溫，金剛石很容易產(chǎn)生較大的損傷。雖然無(wú)壓浸滲法相較于其他復(fù)合材料制備工藝所需工藝簡(jiǎn)單，操作方便，較為容易實(shí)現(xiàn)，但是由于存在上述諸多缺點(diǎn)，所以使用無(wú)壓浸滲法制備金剛石/銅復(fù)合材料相對(duì)較少。

壓力熔滲法是依靠外界壓力作為銅熔體驅(qū)動(dòng)力，促使銅熔體完全滲入預(yù)制體內(nèi)部。相比于無(wú)壓熔滲法而言，壓力熔滲法使用效果更好，適用范圍更加廣泛。壓力熔滲法根據(jù)外界壓力的不同可以分為普通壓力熔滲和超高壓熔滲。普通壓力熔滲一般采用氣壓熔滲爐和真空熱壓爐，其與常規(guī)熱壓燒結(jié)不同的是，常規(guī)熱壓燒結(jié)一般將金剛石顆粒與銅粉混合均勻，利用模具制成預(yù)坯體，而普通壓力熔滲則是將金剛石顆粒層狀排布或制成金剛石預(yù)坯體，然后將銅粉熔融或直接加入銅熔體，在外界壓力的作用下充分熔滲，進(jìn)而制成致密度高的金剛石/銅復(fù)合材料。高壓熔滲與高溫高壓燒結(jié)的區(qū)別也與前者類(lèi)似。

Ekimov等[28]在2GPa和8GPa的壓力下，升溫到1027℃-1827℃，利用高溫高壓熔滲法燒結(jié)10s-12s，制備出了性能優(yōu)異的金剛石/銅復(fù)合材料。該實(shí)驗(yàn)在8GPa、2100K的條件下，可制備出熱導(dǎo)率高達(dá)900W/(m·K)的金剛石/銅復(fù)合材料，其主要原因是金剛石晶粒在復(fù)合材料內(nèi)部形成了金剛石骨架，極大增強(qiáng)了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。但是，受高溫高壓試驗(yàn)條件的限制，樣品的直徑尺寸限制在3～5mm，厚度限制在2～3mm。同時(shí)，200μm及以上晶粒形成的金剛石骨架對(duì)復(fù)合材料的高導(dǎo)熱性能起著至關(guān)重要的作用。

洪慶楠等[29]將銅鈷合金置于金剛石預(yù)制體上，升溫加壓，使銅鈷合金充分浸滲入金剛石預(yù)制體中，冷卻脫模制備金剛石/銅復(fù)合材料。當(dāng)Co在合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到達(dá)2%時(shí)，熱導(dǎo)率增加了57%，達(dá)到了357W/(m·K)。該文章重點(diǎn)研究了Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，熱膨脹率，抗彎強(qiáng)度，熔滲溫度等參數(shù)的影響。對(duì)于熱導(dǎo)率而言，Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最高，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)2%時(shí)，隨著Co含量的提升，復(fù)合材料熱導(dǎo)率下降。

除了文中所述的幾種金剛石/銅復(fù)合材料制備方式外，還有化學(xué)沉積法、冷壓燒結(jié)法等幾種制備方法[30]，本文不再詳述。文中所介紹的方法各有優(yōu)缺，但是均有報(bào)道出制備了較高熱導(dǎo)率的實(shí)例。對(duì)于熱壓燒結(jié)而言，制備簡(jiǎn)單，成本低廉，但是容易造成內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)，且受限于燒結(jié)設(shè)備的軸向加壓，不利于樣品的近凈成形。高溫高壓法容易產(chǎn)生金剛石的破損，且相連接界面不如液態(tài)浸滲，所報(bào)道的超高熱導(dǎo)率復(fù)合材料的制備都是依靠復(fù)合材料內(nèi)部金剛石顆粒相互連接，形成骨架。放電等離子燒結(jié)法需要的制備壓力小，燒結(jié)速度快，較為節(jié)能，但是作為軸向加壓的工藝，制備的材料往往只能是片狀或柱狀，不利于實(shí)現(xiàn)近凈成形，并且在目前的報(bào)道中使用該工藝制得的金剛石/銅復(fù)合材料熱導(dǎo)率少有超過(guò)700W/(m·K)的情況。熔滲法界面結(jié)合較好[31]，但是需要準(zhǔn)備金剛石預(yù)制體，增加了制備工藝，且高溫會(huì)導(dǎo)致金剛石預(yù)制體的顆粒松散，無(wú)法達(dá)到理想中的形狀。

2 展望

現(xiàn)在所有的方法并非完美，接來(lái)下研究人員還需要從如何進(jìn)一步優(yōu)化制備過(guò)程中金剛石/銅的界面結(jié)合、降低成本、發(fā)展近凈成形技術(shù)等角度出發(fā)，尋找更優(yōu)的工藝方法。未來(lái)該種新型材料研究方向包括以下幾個(gè)方面[30]：

(1)添加稀土元素及稀土氧化物[32]。通過(guò)在復(fù)合材料添加稀土氧化物，可以有效促進(jìn)碳化物相的形成，改善金剛石/銅界面缺陷，增加界面?zhèn)鳠彷d體數(shù)量，進(jìn)而提升復(fù)合材料的導(dǎo)熱率。但是截止到目前，尚無(wú)法對(duì)于稀土元素在兩相界面處作用進(jìn)行明確說(shuō)明，同時(shí)稀土氧化物對(duì)于兩相界面影響機(jī)理與影響程度尚無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確說(shuō)明與表征。

(2)制備第三相夾層改善金剛石/銅兩相浸潤(rùn)性。若碳化物層在兩相界面處分布不均勻，則無(wú)碳化物層附著的部分因?yàn)榻饎偸?銅潤(rùn)濕性角較大，呈現(xiàn)出物理結(jié)合的結(jié)合情況，或有的區(qū)域碳化物層過(guò)厚，因?yàn)樗商蓟飳訉?dǎo)熱率不如金剛石和銅，且過(guò)厚的碳化物層增強(qiáng)了聲子散射，就會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料熱導(dǎo)率下降。

(3)使用化學(xué)氣相沉積以泡沫金屬為模板制備金剛石網(wǎng)絡(luò)。形成金剛石-金剛石高效率導(dǎo)熱通道，后續(xù)研究應(yīng)當(dāng)關(guān)注如何設(shè)計(jì)工藝，在較低溫度和壓力下使金剛石形成金剛石網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而大大提升復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

(4)通過(guò)金剛石表面處理改善金剛石表面成鍵狀態(tài)。