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红外探测器是高分辨对地观测系统的核心部件,其发展水平在很大程度上决定了红外成像技术状态,一种新型探测器的诞生就会带来红外成像系统的更新换代。目前正在发展的第4代红外探测器,以大面阵、高分辨力、多波段为主要特点。高性能致冷型红外探测器的器件需要在低温下工作,比非致冷器件成像质量优异、探测灵敏度高。长线列拼接红外探测器是高性能致冷型红外探测器的核心组件,组件常用的冷端接口材料为钼铜,钼铜的室温导热率为180W/m·K、100K时的导热率为200W/m·K,不能满足新一代高性能致冷型红外探测器高分辨成像的要求,因此需要研究开发一种在低温环境下具有较高导热系数,同时线性膨胀系数与基底材料热匹配良好的冷端接口用材料。针对此背景,本论文开展了空间低温用金刚石／铜复合材料的研究,主要包括以下几方面内容：1.低温环境下高导热、低膨胀金刚石／铜复合材料(以下简写为Diamond/Cu)的优化制备。采用压力熔渗制备了Diamond/CuCr, Diamond/CuB, HT-Diamond/CuCr, LT-Diamond/CuCr(其中HT：高温粘结剂,LT：低温粘结剂)复合材料；采用高压熔渗制备了Diamond/CuCr, Diamond/CuB, Diamond/CuNi;采用扫描量热法(PPMS)分析评价了上述金刚石／铜复合材料的导热率随温度变化的规律,并用Matlab计算拟合出导热率与温度关系的表达式。研究结果表明：LT-Diamond/CuCr复合材料具有良好的综合性能,室温和100K时的导热率分别为650W/m.K和600W/m.K,热膨胀系数为5.0×10-6/K。2.高低温循环载荷和冲击载荷作用下金刚石/铜复合材料的组织、性能演化和热疲劳行为研究。研究了-65-175℃热循环载荷作用下循环100、300、500次后LT-Diamond/CuCr复合材料的组织性能的变化。随着循环次数的增加,复合材料导热率下降,循环100次后100K导热率下降3.8%,500次后下降5%,但仍保持在570W/m·K以上,能够满足实际应用的需求；研究了-196-85℃热冲击载荷作用下100、200、300次后,LT-Diamond/CuCr复合材料的组织、性能的变化,热冲击300周次后100K导热率为523W/m.K,具有良好的热冲击稳定性。深入探讨了热循环、热冲击后金刚石/铜复合材料的微观组织与性能的关系,重点研究了近界面区的应力状态,揭示了金刚石/铜复合材料的热疲劳行为：微观结构表现为部分界面脱粘和金刚石断裂。热循环、热冲击后,金刚石／铜复合材料的导热率、抗弯强度下降,热膨胀系数略有增加,但仍保持在较高的水平,能够满足探测器组件冷端接口材料的使用要求。3.表征了综合性能优良的LT-Diamond/CuCr复合材料的界面微观结构；根据Hasselman-Johnson导热模型,研究了LT-Diamond/CuCr复合材料的界面热阻随温度变化的规律；热循环、热冲击后,金刚石/铜复合材料的界面热阻随着温度的下降而增加,随热循环次数、热冲击次数的增加而增大。