激光闪射法Laser Flash Analysis, LFA作为瞬态导热性能表征的核心技术之一其测试原理基于脉冲激光在样品单侧瞬时释热通过采集另一侧温度响应曲线计算热扩散系数结合材料密度与比热容进一步推导热导率测试时间尺度通常控制在毫秒级别。该方法凭借测试高效、精度可控的优势被广泛应用于各类材料的导热性能检测但在金刚石/铜复合材料的测试实践中受异质界面效应的显著影响易产生典型测试假象导致测试结果严重偏离材料真实导热性能。金刚石/铜复合材料金刚石/铜复合材料图1作为典型的异质金属基高导热复合材料金刚石颗粒本身具有极高的本征热导率但金刚石与铜基体之间存在显著的界面热阻热量从铜基体传递至金刚石颗粒需跨越界面存在一定的界面热弛豫时间。在激光脉冲加热后热量会优先在导热性能较好的铜基体内部快速扩散而由于 LFA 测试的时间窗口较短热量来不及充分穿过两相界面进入金刚石颗粒此时金刚石颗粒相当于“热惰性夹杂”几乎未参与整个热输运过程如图2所示。因此最终测得的热扩散系数和热导率结果会趋近于纯铜的导热水平无法体现金刚石相带来的高导热增益严重低估复合材料的真实导热能力。图2激光闪射法测试金刚石/铜复合材料热传导示意图短时间尺度下热量仅在铜基体扩散未穿透界面进入金刚石颗粒这种测试偏差的本质并非 LFA 设备本身故障而是测试时间尺度与材料界面热弛豫时间不匹配所致。与 LFA 短脉冲瞬态测试形成鲜明对比的是瞬态平面热源法TPS后者属于长时瞬态测试可通过设置更长的测试采集时间为热量提供充足的时间反复跨越铜-金刚石两相界面使金刚石颗粒充分参与热输运过程如图3所示从而更准确地反映复合材料本身的等效导热性能。但需注意的是TPS 测试时间并非越长越好过长的测试时间会引发侧向热损失、辐射对流损耗等问题同样可能导致测试误差因此也需进行测试时间参数的合理校验。图3 TPS 法测试金刚石/铜复合材料热传导示意图长时间尺度下热量充分跨越界面金刚石颗粒参与热输运图4 炎怀科技TPS导热仪测试金刚石/铜复合材料更能测得材料的宏观稳态等效导热性能为采用 LFA 获得相对可靠的测试数据可从两方面进行优化一是适当增大样品厚度利用热穿透特征时间与样品厚度的平方正比关系拉长热量穿透样品的特征时间使其大于界面热弛豫时间为热量跨越界面提供充足时间二是优化复合材料制备工艺通过金刚石表面金属化如镀 Ti、Cr 等过渡层改善两相浸润性或优化浸渗、烧结工艺减少界面孔洞、缝隙从而降低铜-金刚石界面热阻缩短界面传热弛豫时间。值得注意的是当前部分文献在采用 LFA 测试金刚石/铜复合材料导热性能时未开展时间尺度校验和对照测试直接输出偏低的导热系数结果落入了界面时间尺度陷阱。即便复合材料中金刚石体积分数较高在 LFA 短时间测试条件下金刚石相仍未被“激活”参与传热此时测得的结果并非复合材料的宏观稳态等效导热性能而是受界面弛豫限制的瞬态表观导热性能。这种时间尺度陷阱并非仅存在于金刚石/铜复合材料中在 SiC/Al、金刚石-铜等存在显著界面热阻的高导热颗粒填充基体复合材料中LFA 测试均可能出现类似的低估现象因此在相关材料的导热性能测试中均需重视时间尺度的匹配性校验。注热弛豫效应主要涉及材料中的基本结构单位比如多晶体、晶体、分子、聚合物等。这些结构单位在不同温度下会发生各种不同的行为变化。例如晶体的晶格周期会随着温度变化而扭曲、膨胀或收缩而分子则会从原有的结构中脱离出来。除了物质结构的改变热弛豫效应还会对物质的热传导、热膨胀、电导率、磁性质等产生重要影响。由于这种效应的存在我们有时候需要在制备材料时仔细考虑温度和时间因素。例如热塑性材料的延伸性会随着温度的升高而增加因此在加工这种材料时需要掌握温度的范围以避免出现过度塑性的情况。