Mejora de la interfaz de materiales compuestos Cu-C para la evacuación térmica por medio de elementos carburígenos

Los materiales compuestos de matriz de cobre y fibras de diamante están cobrando una gran importancia dadas sus potenciales aplicaciones como evacuadores térmicos en circuitos electrónicos de alta potencia. No obstante, la interfaz entre el carbono y el cobre es muy débil dada la baja reactividad química y su baja mojabilidad. El siguiente trabajo ha consistido en la mejora de la interfaz entre estos dos elementos mediante la adición de dos elementos carburígenos: el silicio y el circonio, que permiten la formación de una capa de carburo alrededor del carbono, consiguiendo la unción química. El sistema se ha simplificado a un sistema cobre (Cu) - fibras de carbono (FC) para obtener informaciones concretas sobre el mecanismo de formación de la interfaz. El método de fabricación llevado a cabo ha sido la fabricación por vía semilíquida. Se trata de una técnica innovadora que ofrece ventajas en términos de reactividad y de difusión con respecto a la pulvimetalurgia convencional. La fase líquida que se ha utilizado está constituida de un eutéctico o una fase próxima al mismo de los diagramas Cu-Si y Cu-Zr. El análisis de la mejora de propiedades se ha seguido mediante la medida de la conductividad térmica de los compuestos, que a su vez ha sido comparada con modelos teóricos. En el sistema con Cu/(CuSi)/FC los resultados obtenidos difieren de los predichos. En efecto, no se ha observado la formación de una interfase de carburo sino que el silicio estaba en forma de solución sólida con el cobre. Además, los polvos de CuSi de la fase líquida presentaban una capa de óxido superficial que ha causado la presencia de sílice dispersa en la matriz. Por consiguiente, las conductividades térmicas obtenidas han sido muy bajas en comparación con las teóricas y las de los compuestos de referencia sin interfaz. Un nuevo cálculo termodinámico ha demostrado la no estabilidad termodinámica de la formación del carburo. El sistema Cu/(CuZr)/FC sí es termodinámicamente viable. Se ha conseguido la formación de carburo de circonio en la interfaz fibras-cobrea a partir de un porcentaje de fase líquida del 6%. La interfaz obtenida es heterogénea y sólo se ha formado en una proporción de las fibras. Pese a la formación del carburo, la difusión del circonio ha sido incompleta en todos los diferentes protocolos de fabricación llevados a cabo. Las conductividades térmicas obtenidas han sido superiores a las del compuesto de referencia a partir de un 0,5%at de circonio en la matriz, composición a partir de la cual comenzó a observarse la formación del carburo. Los máximos de conductividad se han obtenido para un 0,7%at de circonio en la matriz y para un 1% de circonio en la matriz (este último con un protocolo de mejora de la difusión)