掺杂稀土La减少金刚石/铜复合材料界面缺陷的研究

张晓宇^1,2，许旻¹，曹生珠^1,2，高恒蛟^1,2，张凯锋¹，周晖¹

1. 兰州空间技术物理研究所2. 真空技术与物理国防科技重点实验室

摘 要：采用放电等离子烧结法（SPS）制备了不同La含量的金刚石/铜复合材料。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪对复合材料的物相组成、界面微观组织和元素分布进行了表征,并通过排水法测试复合材料的致密度和气孔率。基于第一性原理密度泛函理论,对含La的金刚石/铜复合材料界面电子态密度和原子间距变化进行了计算。计算结果表明,La与Cu的电子态密度在费米能级附近存在较宽的赝能隙,二者成键能力强。经周期平板模型能量优化后,La原子与Ti、Cu原子的间距均明显减小;体系中La与Cu的原子间距更小,表明稀土La与Cu基体亲和力更强。实验结果表明,稀土La大量固溶于铜基体内,促生了Cu₂La相。随着La含量的增加,存在于复合材料界面处的缝隙、孔洞等缺陷逐渐减少,复合材料的致密度逐渐上升。未添加La的复合材料气孔率为3.48%,而添加7%La的复合材料的气孔率下降至0.42%。金刚石/铜复合材料中掺杂La能有效减少界面缺陷。

关键词：金刚石/铜复合材料;界面缺陷;界面修饰;La;第一性原理;