电子元器件功率密度的提高,对电子封装材料的性能要求更加苛刻,金刚石增强的金属基复合材料作为电子封装材料得到了越来越多的关注。目前其热导率已经可以达到较高水平,而简便快捷的制备工艺成为广泛研究的重点。本文研究了熔渗法制备金刚石增强的铜基复合材料的各步工艺流程和参数,以及复合材料致密化的机理,探讨了熔渗过程体系中发生的反应及物相转化,从熔渗的进行过程出发,对Navier-Stokes方程进行了模拟求解,讨论了熔渗过程的反应-渗流耦合问题,并探索了适合金刚石-铜复合材料制备的合理的工艺参数,提出制备具有较高热导率、与芯片相匹配的热膨胀系数以及较好力学和表面性能的复合材料的较佳配方和工艺流程。选用热固性酚醛树脂作为粘结剂制备熔渗用多孔金刚石预制坯,通过对含量、压制以及脱脂过程的控制,在添加量为15～-20wt%,40MPa压力分布压制的模压工艺下,制备出强度超过4.5MPa,开孔率在22-30%的多孔金刚石预制坯,相比PVA粘结剂,有效提高了多孔坯体的强度和孔隙性能,多孔坯体采用3℃/min和逐段保温的脱脂流程,可使坯体平均开孔率达到30-35%,且金刚石颗粒表面均匀覆盖粘结剂热裂解生成的无定形碳,有利于熔渗过程中均匀连续的碳化物过渡层生成和铜液对基体的渗入；在坯体中直接添加质量分数为4.5-9wt.%、粒度为45μm的Cr或Mo粉,能够提升坯体强度和孔隙性能。采用粉末预烧工艺方法制备熔渗用合金片,在合金元素分布、组织均匀程度以及制备效率上均优于传统冶炼加热处理的工艺。根据复合材料致密度以及碳化物过渡层厚度计算合金元素Cr和Mo的理论添加量范围分别为：0.15-8.6wt.%和0.13-9.2wt.%,能够在不过多损失热物理性能的前提下有效提高结合强度。选用30μm的纯铜粉末,与45μm的Cr或Mo粉末,在80MPa的压力下压制合金圆片,并在1050℃下保温60～120min,能够制备熔渗用合金化基体。对流体渗流的Navier-Stokes方程使用格子玻尔兹曼法求解并模拟表明,熔融态铜合金液渗入多孔金刚石坯体是三维反应-渗流耦合过程,其纵向渗入流体密度小于平面铺展,是渗透流程的主要控制因素。熔融态基体的渗入过程主要受热裂解碳量、合金元素量、熔渗压力、保温温度和时间的影响。采用15～20wt%酚醛树脂添加,4.5～6wt.%的45μm Cr合金粉添加,在40～50MPa,1075℃保温30～60min能够使碳化物在金刚石颗粒表面充分生成,提高润湿性和界面结合强度,制备出致密度99%以上的复合材料。Cr元素在熔渗过程中由于Cr3C2的持续反应能力,金刚石本身的活性碳键和酚醛树脂脱脂残留的热裂解碳能够与合金化基体中的Cr反应,生成Cr3C2,并能在金刚石颗粒表面较均匀生长。树脂添加量为15～20wt%能够保证Cr3C2在金刚石表面的生成率和熔融的合金化基体对坯体的渗透率,制备的复合材料致密度高于99%。碳化物和铜良好的润湿性以及其生成过程的放热效应和体积膨胀,能为毛细管渗透提供动力,消除微孔和内部应力,促进复合材料快速致密化。复合材料表面性能与基体和增强相的结合强度密切相关,根据实验结果的讨论,采用破碎和整形态金刚石颗粒,在热导率损失不大的前提下,明显改善复合材料表面粗糙度,使用破碎态微粉制备的复合材料表面沟壑最深仅为3μm,粗糙度为500nm左右。用15～20wt%酚醛树脂添加,4.5～6wt%的Cr合金粉添加,在40～50MPa,1075℃保温30～60min时,制备的复合材料热导率可达到400W·m-1·K-1以上,强度在300MPa以上,热膨胀系数在5～10×10-6K-1之间。复合材料的热导率、热膨胀系数和抗压强度,与复合材料致密度、碳化物量以及金刚石颗粒类型相关度较高,碳化物的引入使复合材料界面结合强度提高,界面热阻降低,提高复合材料热导率和抗压强度,同时保证复合材料热膨胀系数与电子无器件的匹配。由于碳化物本身的热阻,过多的碳化物又会导致热导率下降。