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根據復合材料的影響因素，選擇好了基體材料與金剛石顆粒增強相后，界面的設計與優化是決定復合材料是否獲得優良熱性能的關鍵因素。
金剛石與銅不潤濕、不反應，直接復合難以實現兩者良好的界面結合，除了高溫高壓法外，金剛石與金屬基體直接復合表現出的互不潤濕，界面結合差等問題嚴重影響了金剛石/銅復合的實際導熱性能表現，因此需要對復合材料界面進行設計。本文一起來探討一下，目前金剛石/銅復合材料的界面結合技術。
微金屬注射成型(μMIM)生產的銅和金剛石復合材料
用于超級計算機散熱器熱沉
除了兩者浸潤能力差外，金剛石（2.3×10-6/K）與銅（16.5×10-6/K）熱膨脹系數的巨大差異會在復合材料界面處引入熱應力，該應力在冷卻過程中表現為拉應力，若界面結合強度不足，將會增加復合材料制備和服役過程中發生界面脫粘的風險，直接威脅復合材料的性能可靠性。
為獲得致密度高、性能穩定可靠的金剛石/銅基復合材料，必須進行有效的界面改性。最簡單直接的辦法就是在復合材料界面處介入一些易碳化元素作為緩沖層，如常見的Cr、Mo、W、Si、B、Ti、Zr等。目前主要采用基體合金化、金剛石表面金屬化及一些特殊手段等來解決復合材料界面問題，以減少界面缺陷。
尺寸為100-110μm的典型金剛石顆粒的SEM顯微照片
一、金剛石表面金屬化
金剛石顆粒表面金屬化是指采用物理法或化學法的處理方式在金剛石顆粒表面形成均勻的金屬或金屬碳化物層，從而使金剛石顆粒表面具有金屬或類金屬的性能。經表面金屬化處理的金剛石顆粒在其復合材料的制備過程中可以將銅基體對金剛石的直接接觸轉變為對金屬或金屬碳化物層的接觸，從而實現界面的緊密結合狀態，提高其復合材料的熱導率。金剛石表面金屬化的主要方法有物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、真空微蒸發鍍、化學鍍法、鹽浴鍍法、粉末覆蓋燒結法等。
金剛石表面金屬化的常見方法
二、銅基體合金化
銅基體合金化是指在金屬銅基體中添加微量的Ti、Cr、W、Mo、Zr等強碳化物形成元素，此類元素可以在金剛石/銅復合材料的制備過程中向金剛石表面聚集并與其表層的碳原子反應生成對應的金屬碳化物層，在界面生成的碳化物層可以有效改善兩相界面的結合狀態，提高該復合材料的熱導率。
在對銅進行基體合金化的同時，要特別注意碳化物元素的添加量，基體銅殘留的元素過多時會極大程度降低銅基體的本征熱導率，進而導致金剛石/銅復合材料的熱導率急劇下降。
三、增加金剛石與基體接觸面積
當金剛石粒度相同時，晶型越完整，其比表面積就越小。破碎料金剛石晶面較不穩定，為多層臺階結構，這種晶面結構更易與基體發生反應，制備的復合材料結合度更強。
張習敏等使用冷沖擊100μm破碎料金剛石制備復合材料，通過與100μm六八面體單晶金剛石進行對比，認為品級較差的破碎料依然可以制備出高性能金剛石/銅復合材料（詳見：張習敏，郭宏，尹法章，等.金剛石/銅復合材料界面結合狀態的改善方法[J].稀有金屬，2013，37(2):335）。金剛石表面形態能夠影響金剛石與銅基表面接觸面積進而影響金剛石與銅基界面結合度。通過酸洗或刻蝕使金剛石表面粗化，也可以增加金剛石與基體接觸面積，進而增大界面結合度。
粗化滴金剛石粉體
小結
在電子器件熱管理中，除合理的散熱結構及散熱方式外，熱管理材料的選用同樣扮演著重要的角色，理想的熱管理材料應具有較高的熱導率、與半導體材料（如Si、GaAs等）相匹配的熱膨脹系數，傳統的熱管理材料如Al、Cu等純金屬、Kovar、W-Cu、Mo-Cu、Al-Si等合金及Al2O3、AlN、BeO等陶瓷材料，無法同時兼顧高導熱和低膨脹的要求，難以滿足當前電子封裝對結構功能一體化、更小封裝尺寸、高效散熱及綠色環保的發展要求，成為電子技術快速發展的瓶頸之一。
金剛石/銅復合材料（表面鍍銅）及其斷面
因此，開發兼備更高導熱、熱膨脹可調的新型熱管理材料勢在必行，尤其是在以高功率IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、微波、電磁、光電等器件為典型應用的高科技技術領域和以相控陣雷達、高能固體激光器等為典型應用的國防技術領域需求十分迫切。金剛石/銅基復合材料由于其耐熱、耐蝕、高導熱、熱膨脹系數可調等優勢已成為封裝材料領域的研究熱點。得于制備技術的不斷深入研究，目前高導熱的金剛石/Cu金屬基復合材料熱導率已達700W/(m·K)以上。除了解決材料復合的熱導率問題，金剛石/銅復合材料的硬度極高，常規的機械加工比較困難，其進一步加工技術手段也需要深入研究。鑒于重重難題，目前這個材料還是存在量產的困難滴，當然如果有應用驅動，相信難題就會被各界高手攻破。
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