随着大规模集成电路的发展,高性能电子封装材料日益受到人们的重视。其中,金刚石/碳化硅复合材料是一种很有潜力的电子封装材料。它具有高导热、低热膨胀、高抗弯强度和高硬度等许多优点。现有的金刚石/碳化硅复合材料存在着制备成本高、工艺不稳定的缺点。针对这种情况,本文采用硅蒸气渗透法,制备了高致密度的金刚石/碳化硅复合材料。这种方法成本低,操作简便,可控性强。但是,作为一种制备金刚石/碳化硅复合材料的新方法,硅蒸气渗透法在制备工艺及致密化机理方面尚存在许多不清楚的地方。本文在硅蒸气渗透法制备金刚石/碳化硅复合材料的基础上,优化了渗透过程的工艺参数,重点研究了复合材料的致密化机理。同时,对复合材料的显微组织、界面特征及热导率、热膨胀系数、抗热冲击性等性能进行了研究,并且通过理论模型计算,合理预测了复合材料的热物理性能。研究表明:随着压制压力的增大,试样的平均孔径及孔隙率逐渐减小。对不同的工艺阶段,孔隙率从热解坯、预制坯到渗透样品,逐渐减小,而平均孔径,则从预制坯、热解坯到渗透样品,逐渐减小。复合材料中的硅会向金刚石中扩散,且扩散深度随渗透温度升高逐渐加深。当渗透温度达到1700℃,金刚石表面会产生轻微石墨化。要实现复合材料的完全致密化,预制坯的压制压力应为50～60 MPa,硅蒸气渗透过程中当样品放置高度距离硅表面不超过4 mm,渗透温度保持在1550～1700℃之间,同时渗透时间应在30 min以上。最终制备的金刚石/碳化硅复合材料,其致密度可达到97%以上。复合材料的致密化是硅蒸气渗透沉积和碳化硅反应烧结共同作用的结果。其中,碳化硅主要由石墨和金刚石与硅的反应得到。由石墨与硅反应得到的碳化硅含量高,颗粒大,而由金刚石与硅反应得到的碳化硅含量低,颗粒小。石墨和硅反应生成碳化硅的过程主要通过石墨在硅中的溶解-析出进行,而金刚石和硅反应生成碳化硅的过程主要通过硅和碳在碳化硅中的固相扩散进行。硅蒸气渗透沉积包括硅熔化、硅蒸气压的形成、硅蒸气在孔道内部的扩散及硅蒸气在碳化硅表面凝聚沉积四个步骤。随着金刚石粒径增大、碳化硅含量增加及渗透温度升高,复合材料的热导率升高。破碎金刚石更容易与硅反应生成碳化硅,从而降低界面热阻,提高金刚石/碳化硅复合材料的热导率。当渗透温度为650℃,碳化硅含量为35%,110μm破碎金刚石体积含量50%,复合材料的热导率达到最大值518 W·m-1·K-1。当渗透温度为1700℃时,金刚石表面发生石墨化,导致复合材料的热导率严重下降。利用已有的热导率模型对复合材料的热导率进行检测。结果显示,当金刚石体积含量小于30%,复合材料的热导率变化与H-J模型相匹配,而当金刚石含量大于30%,复合材料的热导率介于H-J模型和Agari模型预测值之间,需要通过对两种模型进行复合处理,从而得到可靠的热导率预测值。大粒径破碎金刚石、高体积分数碳化硅以及高的渗透温度,会导致复合材料的热膨胀系数的增大。采用拉曼光谱法,对不同渗透温度下复合材料中金刚石进行峰值测试。结果显示,金刚石峰的偏移随渗透温度升高而变大,这也意味着,复合材料中残余应力随渗透温度升高而增大。结合已有的热膨胀系数模型对复合材料热膨胀系数进行预测,结果显示,在较低温度范围(50～150℃)下,热膨胀系数值与Turner模型的预测值吻合较好,而在较高温度(250～400℃)范围内,热膨胀系数实测值与下限Schapery模型吻合较好。另外,复合材料显示出良好的抗热冲击性。其抗弯强度可达到300 MPa以上,且随复合材料中碳化硅含量增加而变大。当金刚石体积含量从10%增大到60%,复合材料HRA硬度在84～92.8。本研究制备的金刚石/碳化硅复合材料具有工艺简单、成本低、可一次性制备多种不同形状的样品的优势。相比于其他类型的金刚石增强复合材料,本材料表现出致密度和热导率高、热膨胀系数低、抗热冲击性好、抗弯强度高的优异性能。