随着电子产品向小型化、高集成化飞速发展，高热导率、低热膨胀系数的导热材料成为保障设备效率与寿命的关键，金刚石/铜复合材料因兼具金刚石超高导热性与铜的低成本易加工性，成为该领域的研究热点。
本文以“概述—制备—调控—展望”为逻辑主线，首先阐述导热材料的核心需求与传统材料局限，明确金刚石/铜复合材料的应用潜力及界面结合不良的核心难题；随后详细介绍高温高压烧结法、真空热压烧结法等四种主流制备技术的工艺特点、性能指标与优劣差异；进而深入剖析铜基体合金化、金刚石表面金属化两种界面调控策略的作用机制。
01、导热材料的需求与特性
优异的导热性能是先进材料领域的核心诉求之一。在电子产品向小型化、高度集成化快速发展的当下，工作温度直接关乎运行效率与使用寿命。相关研究证实，电子产品在高温环境下运行时，使用寿命会呈指数级衰减。因此，开发具备优异导热性能的新型材料极具实用价值，已成为科研领域的研究热点。
理想的导热材料需兼顾高导热系数、低热膨胀系数、充足机械强度及成本经济性等核心特性。目前，传统导热材料主要分为陶瓷基、聚合物基及金属基三大类。其中，陶瓷基导热材料以高致密性、低热膨胀系数和优良机械强度为显著优势，但存在热导率偏低、加工成型难度大等短板，极大限制了其规模化应用。
02、金刚石/铜复合材料的应用潜力
随着电子产品对高热导率、低热膨胀系数的需求持续攀升，单一组分的传统导热材料已难以满足严苛的应用要求。在此背景下，金属基复合导热材料因兼具金属基体与增强相的协同优势，展现出高热导率、可调热膨胀系数及优异力学性能等特点，成为研究焦点。在众多增强相材料中，金刚石凭借优异的热学性能成为理想的增强相候选材料。
金刚石/铜复合材料结合了金刚石的超高热导率与铜基体的低成本、易加工特性，在高导热材料领域极具发展潜力。然而，该类复合材料普遍面临金刚石与铜界面结合不良的关键难题：熔融铜对金刚石的润湿性极差，且常压条件下界面易产生孔隙，导致金刚石/铜复合材料的热导率常低于纯铜。因此，界面调控技术已成为提升高导热金刚石/铜复合材料综合性能的核心突破口。
二、金刚石/铜复合材料的制备技术
01、高温高压烧结法
高温高压烧结法（HTHP）是通过将混合粉末装入模具，在高温高压环境中经短时间烧结成型制备复合材料的技术。Pope等人采用该方法成功制备出热导率高达920 W/(m·K)的金刚石/铜复合材料，这一优异性能得益于高温高压环境促使金刚石发生二次形核与重结晶，进而优化了复合材料的微观结构。但该方法对模具性能要求严苛，且制备的样品尺寸受限、生产成本偏高，制约了其工业化应用进程。
02、真空热压烧结法
真空热压烧结法（VHPS）是粉末冶金领域的经典制备技术，其工艺过程为：将预先混合均匀的粉末装入模具，置于真空热压炉中依次完成加热、加压、保压、冷却及脱模等步骤，最终获得目标复合材料。Shen等人利用真空热压烧结技术制备了不同金刚石体积含量的金刚石/铜合金复合材料，并系统研究了金刚石含量对复合材料相对密度及热学性能的影响规律。该方法具有烧结温度分布均匀、升降温速率平缓、可有效降低烧结过程中热应力等显著优势。
03、放电等离子烧结法
放电等离子烧结法（SPS）是借助脉冲电流与轴向压力的协同作用，利用瞬间火花放电引发的等离子体实现粉末烧结的技术。Zhang等人在970℃、40MPa压力下保温10分钟的工艺参数下，通过放电等离子烧结技术成功制备出金刚石/铜复合材料，其热导率达到493 W/(m·K)。该技术具有升降温速度快、烧结温度较低、制备效率高等突出特点，在高性能复合材料制备领域具有独特优势。
04、熔体浸渗法
熔体浸渗法（Infiltration）的核心原理是将加热至熔融状态的基体材料，渗透至熔点更高的增强体孔隙之间，进而形成复合材料，主要分为无压熔体浸渗法和压力熔体浸渗法两类。Dong等人采用无压熔体浸渗法，在高温条件下成功制备出高热导率的金刚石/铜复合材料，但该方法对基体与增强相之间的润湿性要求极高。压力熔体浸渗法则通过施加外部压力辅助熔体渗透，可有效改善熔体填充效果，提升复合材料致密度。
三、金刚石/铜复合材料的界面调控
01、铜基体合金化对界面的调控
铜基体合金化（ACM）的核心思路是在铜基体中掺杂Ti、B等少量活性元素，通过改善金刚石/铜复合材料界面的润湿性来优化界面结合质量。其具体调控机制为：活性元素（如Ti、B）在高温制备过程中会优先向金刚石/铜界面扩散，与金刚石表面的碳元素发生化学反应，生成TiC、B₄C等稳定的碳化物过渡层。该过渡层不仅能有效解决熔融铜对金刚石润湿性差的问题，还可填充界面间隙、消除界面孔隙，从而显著降低界面热阻，提升界面结合强度。Weber等人采用合金熔炼法制备Cu-B、Cu-Cr合金作为基体，与金刚石复合后，通过上述机制显著提升了界面结合性能，使复合材料的热学性能得到大幅优化。
02、金刚石表面金属化对界面的调控
金刚石表面金属化（MDS）是通过预先处理在金刚石表面形成连续致密的碳化物及活性元素镀层的技术，其核心是利用金属元素与碳的化学反应实现界面改性，进而改善金刚石与铜基体的结合状态。具体调控机制可分为两步：第一步是金属镀层制备，通过真空微蒸镀法（VMEP）等技术在金刚石表面均匀镀覆Ti、Cr等易与碳反应的金属元素；第二步是界面反应结合，在复合材料制备的高温环境下，表面镀层中的金属元素与金刚石表面碳元素反应生成TiC、Cr₃C₂等碳化物层，该碳化物层可作为过渡相实现金刚石与铜基体的“桥接”，既提升了界面润湿性，又填充了界面孔隙、抑制了界面缺陷产生。研究者通过真空微蒸镀法（VMEP）在金刚石表面镀覆Ti、Cr等金属元素，围绕界面缺陷调控及结合性能强化开展了大量系统性研究，明确了镀层厚度、成分比例对界面结合质量的影响规律，为提升复合材料性能提供了有效技术路径。
四、结语与未来展望
金刚石/铜复合材料凭借优异的导热性能及与半导体材料匹配的热膨胀系数，在电子封装、航空航天等多个高端领域展现出广阔的应用前景。然而，当前研究成果仍局限于实验室研发或小批量试生产阶段，尚未形成稳定的市场化供应体系。
未来金刚石/铜复合材料的研究应聚焦两大核心方向：一是高温高压环境下金刚石-金刚石骨架结构的调控优化，二是界面镀层的成分与结构优化，通过这两大方向的突破实现热导率的进一步提升。此外，探索采用工业级原料与设备制备高性能导热材料的技术路径，将有效降低生产成本，加速其市场化进程。
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