本研究以论文形式发表在 Metals 期刊2021年第11卷（196号），标题为“The Interface and Fabrication Process of Diamond/Cu Composites with Nanocoated Diamond for Heat Sink Applications”。主要作者包括Yaqiang Li、Hongyu Zhou、Chunjing Wu、Zheng Yin、Chang Liu、Ying Huang、Junyou Liu以及Zhongliang Shi，分别隶属于北京科技大学先进材料与技术研究院、国家材料服役安全科学中心、材料科学与工程学院，以及百色大学材料科学与工程学院。
近年来，电子设备特别是微电子以及电力器件的逐渐小型化和集成化，对散热材料提出了更高的要求。功率器件的失效问题多与工作时的热积累与热应力相关，而这通常源自于芯片和散热器材料之间膨胀系数的失配。对于散热材料，高热导率（thermal conductivity, TC）与低热膨胀系数（coefficient of thermal expansion, CTE）是两个关键性能指标。
金刚石因其优异的热导率（~1450 W m−1 K−1）和低膨胀系数（2.3 × 10^−6 K^−1），被视为理想的增强材料。然而，金刚石和铜（CTE约为16.5 × 10^−6 K^−1，TC约为400 W m−1 K−1）之间存在化学不相容性，导致界面热阻较大，使得传统金刚石/Cu复合材料的性能较低。为此，通过在金刚石表面沉积纳米级的碳化物形成元素（如Ti或Cu）的涂层，已成为改善界面融合及复合材料性能的一种先进解决方案。本研究以此为切入点，探讨并验证了金刚石/Cu复合材料界面行为及制备工艺的优化方向。
研究使用了纯度为99.85%且粒径约75 µm的商业铜粉，以及大小在98~106 µm范围的合成单晶金刚石颗粒（类型为MBD-4）。金刚石颗粒首先通过真空离子镀膜工艺，在表面分别涂覆了纳米级的铜和钛涂层（厚度约为100 nm）。接着，基于不同的金刚石体积分数（30/40/50/60 vol.%）以及不同的粉末冶金工艺温度，准备了一系列金刚石/Cu复合材料。
为了制备复合材料，金刚石颗粒与铜粉在机械混合后经过冷压成型，并随后置于石墨模具中在升温至适宜温度下挤压成型。最终冷却速率为10 K min−1，所得复合材料具有直径38 mm、厚度3 mm的圆柱体形状。
表征过程中，研究使用了场发射电镜（SEM）观察微观结构与断口形貌；利用激光热散仪测试了材料的热扩散率，并通过密度、比热容与热扩散率计算了热导率。此外，材料的膨胀系数由热机械分析仪（TMA）测得，密度则通过阿基米德法测试得出。气密性测试采用氦质谱仪进行。
研究结果表明，随着烧结温度的升高，复合材料的热导率先增后减。太低的温度会导致界面孔隙等缺陷产生；而当烧结温度超过铜熔点时，会因凝固过程导致界面热阻增加。此外，随金刚石体积分数的增加至40 vol.%，热导率达到峰值；但超过此限值后，界面缺陷开始占主导作用，热导率反而下降。
本研究通过细致的实验与理论分析，揭示了在粉末冶金工艺条件下，通过界面设计优化金刚石/Cu复合材料的方法。尤其是Ti涂层的应用，既保障了界面的完整性，又最大化利用了金刚石的导热潜力。