为什么真空热压法是金刚石复合材料的首选？实现最大导热性

真空热压（VHP）优于液相浸渗法的根本原因在于它能够将致密化与过量热量分离开来。 液相浸渗法需要熔化金属基体（通常超过 700–800°C），而 VHP 则利用机械压力在固态或半固态温度下（例如铝的 650°C）实现固结，从而显著保持复合材料的化学和结构完整性。

核心要点 通过在低于金属熔点的温度下操作，真空热压法创造了一个“安全区”，可防止形成脆性碳化物和金刚石石墨化。它用机械力取代热能，确保金刚石复合材料的高密度，同时不牺牲导热性或材料强度。

温度控制的关键作用

VHP 的主要优势在于能够精确控制反应动力学。在高体积分数复合材料中，金刚石与金属基体之间的界面决定了材料的最终性能。

液相浸渗法需要熔融金属。对于铝基体，这种高温状态会加速化学反应。

具体而言，与熔融铝的长时间接触会导致界面处过度形成碳化铝（$Al_4C_3$）。虽然薄层碳化物对于粘合是必需的，但厚层碳化物会充当热屏障并引入脆性。

VHP 允许在显著更低的温度下进行烧结。通过使金属保持固态或半固态，该工艺大大减缓了反应速率。

这有效地抑制了有害碳化物的过度生长。因此，复合材料能够保持先进热管理应用所需的高导热性。

高温是金刚石稳定性的敌人。过高的温度会导致金刚石转变为石墨，从而破坏其独特的导热和机械性能。

VHP 创造了一个受控的热环境，最大限度地降低了这种风险。较低的加工温度可确保金刚石保持其原始的几何完整性和切割性能。

高体积分数复合材料存在一个物理挑战：金刚石颗粒相互接触，形成一个坚固的、骨架状的结构，难以渗透。

液相浸渗法依赖重力或毛细作用，在没有极端加热或润湿剂的情况下，通常难以渗透接触的金刚石颗粒之间的紧密间隙。

VHP 施加单轴高压（例如 15 MPa）。这种机械力可以物理上克服金刚石骨架的刚性阻力。

在该压力下，金属基体（无论是铜还是铝）会发生塑性变形。它被迫流入金刚石颗粒之间的间隙空隙。

这使得在金属通常粘度过高而无法流动的温度下实现近乎完全的致密化，从而优化了基体与增强材料之间的机械锁定。

VHP 中的“真空”成分与“热压”成分同等重要。

铜和铝等金属在烧结温度下会迅速氧化。界面处的氧化层会起到绝缘作用，破坏复合材料的热性能。

高真空环境（例如 -0.1 MPa）显著降低了氧的分压。这可以防止基体的氧化腐蚀，并确保金属与金刚石之间有清洁的键合。

金刚石在高温和氧气存在下也容易发生表面氧化和石墨化。

真空环境充当保护罩。它可以防止表面退化，降低因热损伤引起的颗粒过早脱落的可能性。

虽然 VHP 在质量方面是首选，但并非没有局限性。了解该方法的限制对于确保其适合您的制造环境至关重要。

由于 VHP 通常施加单轴压力（自上而下的力），因此最适合平板或圆盘等简单几何形状。与液相浸渗法相比，复杂的三维净尺寸零件难以均匀制造。

VHP 是一种批处理工艺。与液相浸渗法的快速填充时间相比，它通常需要更长的周期时间来加热、压制和冷却模具。对于最大导热性能不是绝对优先的大规模生产运行，这会增加单位成本。

在为金刚石复合材料选择制造工艺时，请根据您的生产限制来优先考虑您的性能要求。

最终，当材料的内部质量不容妥协时，请使用 VHP；当几何复杂性或吞吐速度驱动项目时，请使用液相浸渗法。