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随着信息产业的不断发展与芯片制程工艺的不断进步,电子器件逐渐小型化与集成化,导致电子器件的功率密度不断增大,工作发热十分严重,散热问题已经成为制约电子器件进一步发展的瓶颈。由于较低的热导率,传统的电子封装材料已经不能满足高功率密度电子器件的散热需求,急需开发新一代具有高热导率和低热膨胀系数的电子封装材料。金刚石颗粒增强铝基（金刚石/铝）复合材料具有较高的热导率、可调控的热膨胀系数、可靠的力学性能和较低的密度,是新一代电子封装材料的研究热点之一。由于金刚石与铝不润湿因而界面结合差,导致金刚石/铝复合材料的热导率不高,研究者主要通过提高界面结合来提高复合材料的热导率。然而,相关研究未能同时优化复合材料的界面热导、金刚石粒径、金刚石体积分数和致密度,复合材料的热导率值一直低于800 W m-1 K-1。此外,Al4C3的形核与长大机制及Al4C3界面层对复合材料热稳定性能的影响存在争议,复合材料的高温导热性能也鲜有报道。本文采用气压浸渗制备技术,利用金刚石与铝的原位反应形成Al4C3界面相,采用双粒径金刚石颗粒作为增强相,实现多因素协同作用提高金刚石/铝复合材料的热导率。利用球差校正扫描透射电镜详细表征了复合材料的界面结构,明确了Al4C3的形核与长大机制,阐明了非连续原位Al4C3界面层是获得高界面热导的关键,建立了界面结构、金刚石粒径、金刚石体积分数和致密度与复合材料热物理性能和热循环性能之间的关系。通过综合优化界面结构、金刚石粒径、金刚石体积分数和致密度,获得具有优异热物理性能和热循环性能的金刚石/铝复合材料。通过调控气压浸渗温度和浸渗时间优化金刚石/铝复合材料的界面结构,提高复合材料的热导率,并利用先进表征手段研究了 Al4C3的形核与长大机制。结果表明,Al4C3的形核面为Al4C3（003）晶面,没有优先形核的金刚石晶面。Al4C3的形核与长大受金刚石表面碳原子的扩散控制,Al4C3沿（003）晶面生长速度大于垂直（003）晶面生长速度,导致Al4C3形态为较大长径比的片状或棒状。计算表明,Al4C3的厚度是界面热导的主要影响因素,非连续Al4C3界面层可以提高界面热导。由于Al4C3的非均匀形核与长大及低热导率的特点,金刚石/铝复合材料中形成非连续原位Al4C3界面层可以明显减小界面热阻。通过优化非连续原位Al4C3界面层,701 μm粒径金刚石颗粒制备的复合材料的热导率最高可达854 W m-1 K-1。采用双粒径金刚石颗粒并利用优化的气压浸渗工艺制备金刚石/铝复合材料,通过界面热导、金刚石粒径、金刚石体积分数、致密度等多因素协同作用提高复合材料的热导率。结果表明,随着金刚石粒径增加复合材料热导率提高;由于难以致密化制备,当金刚石粒径为980 μm时复合材料的热导率降低。由于非连续原位Al4C3界面层形成良好的界面结合,金刚石/铝复合材料具有较低的热膨胀系数。大粒径金刚石颗粒具有较低的比表面积,因此随着金刚石粒径的增大复合材料的热膨胀系数升高。高金刚石体积分数是复合材料获得高热导率及低热膨胀系数的决定性因素,采用双粒径金刚石颗粒作为增强相可以显著增加复合材料的金刚石体积分数,并且有效提高复合材料的致密度,所获金刚石体积分数为76.0%,致密度为99.2%,复合材料的热导率高达1021 Wm-1 K-1,热膨胀系数低至3.72 × 10-6 K-1。研究了热循环与加热温度对金刚石/铝复合材料热物理性能的影响规律和作用机制。结果表明,在218-423 K温度范围内经过200次热循环后,复合材料的热导率仅下降2-6%,并且维持与半导体材料匹配的热膨胀系数,具有优异的热循环性能。特别地,热循环后双粒径金刚石颗粒制备的复合材料的热导率仍超过1000 Wn-1 K-1,热膨胀系数为4.21 × 10-6 K-1。非连续原位Al4C3界面层形成较强的界面结合,同时有效释放了界面热应力,是热循环后复合材料保持较高热导率与较低热膨胀系数的原因。热循环过程中积累的拉伸塑性应变降低了铝基体的热导率,是复合材料热导率降低的主要原因。同时,拉伸塑性应变增加了铝基体的热膨胀系数,从而增加了复合材料的热膨胀系数。在298-573 K温度范围内,金刚石/铝复合材料的热导率随着温度升高而降低,金刚石的热导率降低是主要原因。由于非连续原位Al4C3界面层维持了良好的界面结合,当温度为573 K时,双粒径金刚石颗粒制备的复合材料的热导率仍高达630 W m-1 K-1。综上所述,非连续原位Al4C3界面层是金刚石/铝复合材料获得优异热物理性能和热循环性能的关键;相较于界面热导和金刚石粒径,金刚石体积分数是获得优异热物理性能的更为重要的因素。采用多因素协同的优化策略,成功制备出具有高热导率、与半导体材料匹配的热膨胀系数、良好热循环性能和较高的高温热导率的金刚石/铝复合材料,在电子封装散热材料领域有着广阔的应用前景。本文研究结果为立方氮化硼、砷化硼等其它高导热颗粒增强复合材料的制备提供了新思路。