Med den raske gjentakelsen av AI-datakraft og økende varmespredningsutfordringer i high-brikker, fremstår diamant med ultra-høy termisk ledningsevne som et lovende halvledermateriale. Diamonds eksepsjonelle termiske ledningsevne stammer fra dens unike mikrostruktur, primært avhengig av gittervibrasjoner for varmeoverføring. De ekstremt sterke C–C-bindingene mellom karbonatomer, kombinert med den lille atommassen av karbon, begrenser atomer til vibrasjoner nær det potensielle energiminimumet-og gir diamant en ekstraordinær høy varmeledningsevne. I mellomtiden deltar alle valenselektroner i diamant i binding og kan ikke bevege seg fritt, noe som gir den utmerket elektrisk isolasjon. Denne doble egenskapen "høy termisk ledningsevne + isolasjon" utvider bruksomfanget ytterligere.
Diamantpulver i mikron- eller nanometer-skala, karakterisert ved konsentrert partikkelstørrelsesfordeling, vel-definert morfologi, høy renhet, få indre defekter og ekstremt høy termisk ledningsevne, kan inkorporeres i metall-matrisematerialer for bruk som varmeavledere, varme-spredningsmaterialer, osv. (TIM) som termisk fett, termisk lim og termiske puter.
Diamant mikropulver forberedelse
For øyeblikket er den primære industrielle metoden for å produsere diamantmikropulvere den statiske høy-temperatur-høy--høytrykk (HPHT)-knusingsruten: grove-kornede enkelt--diamantpartikler syntetisert via HPHT brukes som råmateriale, som deretter blir utsatt for rensing, rensing og klassifisering.
(1) Diamantsyntese– HPHT-metoden fungerer vanligvis ved høye temperaturer (1300–1700 grader) og høye trykk (5–7 GPa), og bruker grafittpulver og metallkatalysatorpulver som hovedråmateriale. Under påvirkning av katalysatoren omdannes karbonkilden (grafitt) til diamant.
(2) Knusing og forming– Knuse- og formingsprosessene påvirker partikkelformen og utbyttet av målpartikkelstørrelser direkte. Generelt oppnås reduksjon av grove råmaterialer til mikron- eller submikronstørrelser ved to grunnleggende metoder: mekanisk støt og jet-fresing.
(3) Klassifikasjon– Klassifisering av partikkelstørrelse er et kritisk trinn i produksjon av diamantmikropulver, som påvirker både produksjonseffektivitet og produktkvalitet. Mange produsenter kombinerer for tiden naturlig sedimentering og sentrifugering for å produsere fullt-mikropulver fra fine til grove kvaliteter.
Termisk påføring 1: Det optimale termisk ledende fyllstoffet
Diamantfyllstoffer er dispergert i polymermatriser (f.eks. silikoner, epoksyharpikser) for å danne kompositter, som fyller mikroskopiske hull mellom-varmegenererende komponenter og varmeavledere, reduserer termisk kontaktmotstand og etablerer kontinuerlige varmeledningsnettverk for raskt å spre akkumulert varme. Som kjerneråmaterialet i TIM-er som termisk fett, pads og innkapslingsmidler, bestemmer diamantpulver direkte effektiviteten og stabiliteten til det termiske styringssystemet.
Termisk applikasjon 2: Diamant-/metallkompositter med høy-ytelse
Ved å utnytte diamantens høye termiske ledningsevne, lave varmeutvidelseskoeffisient og lave tetthet, utvikler forskere aktivt metallmatrise-kompositter forsterket med diamantpartikler for applikasjoner med høy termisk ledningsevne. De enestående termofysiske egenskapene til diamant/metall-kompositter gjør dem svært lovende for elektronisk emballasje. Aktuell forskning fokuserer først og fremst på fabrikasjonsmetoder som pulvermetallurgi og væskeinfiltrasjon. Konvensjonelt bearbeidede diamant/aluminium-kompositter oppnår varmeledningsevner på 250–600 W/(m·K), mens diamant-/kobberkompositter kan nå 420–900 W/(m·K).
Diamantpulver er nøkkelråmaterialet som bestemmer den øvre grensen for kompositt termisk ledningsevne; dets kvalitet, partikkelstørrelse og krystallmorfologi påvirker sluttproduktytelsen direkte. På samme måte begrenser dårlig grensesnittkompatibilitet mellom diamant- og metallmatriser-som fører til alvorlig fononspredning ved grensesnitt-kompositt termisk ledningsevne. Dette kan reduseres ved å optimalisere fabrikasjonsprosesser, modifisere overflateruhet og kjemiske tilstander til diamantpartikler for å forbedre grenseflatebindingen, eller introdusere grensesnittovergangslag via matriselegering eller overflatemetallisering av diamantpartikler.
Med et solid industrielt grunnlag og enorme markedsmuligheter, akselererer mange innenlandske bedrifter FoU og industrialisering av diamantbaserte-baserte termiske styringsmaterialer i kompositt.