Preparation and characterization of diamond–silicon carbide–silicon composites by gaseous silicon vacuum infiltration process

Abstract

Diamond–SiC–Si composites have been prepared using gaseous silicon vacuum infiltration. The evolution of the phases and microstructures of the composites have been analyzed using X-ray diffraction technique and scanning electron microscopy. It has been found that the diamond–SiC–Si composite is composed of β-SiC, diamond, and residual Si. The diamond particles were distributed homogeneously in the dense matrix of the composites. Besides, the effects of particle size and content of diamond on the properties of diamond–SiC–Si composites have been analyzed. The thermal conductivity of the composites increases with particle size and content of diamond. When the particle size and content of diamond are 300 µm and 80 wt %, respectively, the thermal conductivity of the composites approaches the value of 280 W·m⁻¹·K⁻¹.

Проведен анализ эволюции фаз и микроструктуры композитов алмаз–SiC–Si, изготовленных с использованием процесса вакуумной инфильтрации газообразного кремния. Исследование выполнено с помощью дифракции рентгеновских лучей и сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что композит алмаз–SiC–Si состоит из β-SiC, алмаза и остаточного Si. Алмазные частицы распределены однородно в плотной матрице композитов. Также проанализировано влияние размера частиц и содержания алмазов на свойства композитов алмаз–SiC–Si. Показано, что теплопроводность композитов возрастает с увеличением размера частиц и содержания алмазов. Теплопроводность композитов приближается к значению 280 Вт∙м⁻¹∙K⁻¹ при размере частиц и содержании алмаза 300 мкм и 80 % (по массе), соответственно.

Проведено аналіз еволюції фаз і мікроструктури композитів алмаз–SiC–Si, виготовлених з використанням процесу вакуумної інфільтрації газоподібного кремнію. Дослідження виконано за допомогою дифракції рентгенівських променів і скануючої електронної мікроскопії. Встановлено, що композит алмаз–SiC–Si складається з β-SiC, алмазу і залишкового Si. Алмазні частки розподілені однорідно в щільній матриці композитів. Також проаналізовано вплив розміру частинок і вмісту алмазів на властивості композитів алмаз–SiC–Si. Показано, що теплопровідність композитів зростає зі збільшенням розміру частинок і вмісту алмазів. Теплопровідність композитів наближається до значення 280 Вт∙м⁻¹∙K⁻¹ при розмірі частинок і вмісту алмазу 300 мкм і 80 % (за масою) відповідно.

This work was financially supported by the National Natural Science Foundation of China (grant no. 51102282) and Aid Program for Science and Technology Innovative Research Team in Higher Educational Institutions of Hunan Province.