电子器件日益增长的“热障”问题给先进电子封装热管理材料带来了全新的挑战。针对热管理领域中相变材料的应用,液态金属（Liquid Metal,LM）因具有较低界面热阻和较高导热系数成为最有潜在应用价值的相变材料,然而LM的导热系数还有较大的提升空间,且LM存在易泄漏和过冷等现象也需解决。基于此,本文选用界面适应性较好的In基LM和具有高导热系数的金刚石颗粒,以粉末烧结的方式开发了In基LM/金刚石复合材料,通过微观结构观察、物相分析、热物性分析和数值模拟对该复合材料的导热、润湿和相变行为及机理进行了研究。利用高速液相分散法制备了In基LM粉末,以用于In基LM/金刚石复合材料制备。通过对In基LM粉末形貌和粒径区间调控及分析,获得了较优分散溶液为添加5～10 vol%聚乙二醇和0.1～0.2 wt%柠檬酸的丙三醇溶液;较优工艺参数:预热温度在LM熔点以上30～60℃,分散时间为3～5 min和分散速率为1.2×10~4～1.9×10~4 rpm。短时间内（3～5 min）可单次制备较大量（≥30 g）的LM粉末,其球形度高,表面形貌良好,粉末粒径主要集中在15～25μm。液相分散对LM颗粒的元素分布不会产生显著影响,对其熔点影响甚小。结合X射线能谱、X射线光电子能谱分析和原位热分析,揭示了LM颗粒表面为氧化膜,该氧化膜使其在熔点以上保持核壳结构,可通过外力或化学试剂去除。通过对液相分散LM粉末的机理分析,为得到粒径范围较窄和高球形度的LM粉末,在选用合理工艺参数的前提下,优先选择和LM亲和力较低的分散溶液和微量去氧化膜物质,使分散后的LM颗粒依靠自身表面张力形成高球形度粉末。采用粉末烧结技术成功制备了Bi-In-Sn/金刚石复合材料。结果表明镀钛或镀铬金刚石颗粒改善了基体Bi-In-Sn与金刚石的界面结合。Bi-In-Sn/金刚石复合材料的导热系数随金刚石颗粒尺寸和其体积分数的增加而增加,获得的较高导热系数为71 W·m-1·K-1,是基体的3.8倍。该复合材料的初始熔化温度与基体相近,其体积熔化潜热随金刚石含量的增加而减小,当金刚石和Bi-In-Sn体积相同时,金刚石颗粒的显热对Bi-In-Sn/金刚石复合材料的体积熔化潜热贡献约为12%。在125℃经120 h老化后,该复合材料的熔点未发生显著变化,但其导热系数下降5.5%,归因于Bi-In-Sn基体氧化。结合数值模拟,In基LM/金刚石复合材料的内部传热机理为:热流主要通过邻近金刚石颗粒进行传递,进而增强基体导热系数;过厚金刚石镀层会显著降低界面传热系数,导致该复合材料的导热系数降低;复合材料内部孔洞出现在与传热方向一致的金刚石颗粒间时,特别是基体和金刚石界面处时,会引起热流密度和其传递方向发生巨变,进而降低复合材料的导热系数。选用原位颗粒浸入LM熔体实验,对金刚石颗粒与不同LM熔体之间的润湿行为进行了分析。金刚石颗粒与纯In熔体的润湿性较好,而与纯Ga的润湿性较差,通过与In合金化可改善LM与金刚石的润湿;LM表面的氧化膜会阻碍其在金刚石表面的润湿。通过密度泛函理论计算分析,In和金刚石润湿性较好的机理为In和金刚石的界面吸附能较低。利用In对金刚石较好的润湿能力,采用预加In颗粒的方式,使In基LM和金刚石颗粒间形成有效的微观连接,进而增强In基LM的导热系数。通过老化测试分析,In基LM/金刚石复合材料具有较好的热稳定性。获得的Bi-In-Sn/金刚石复合材料和In/金刚石复合材料的最高导热系数可达157W·m-1·K-1和211 W·m-1·K-1。通过微分有效介质模型得出In和金刚石的界面热阻为0.2×10-6 m~2·K·W-1。此外,建立了较为可靠的三元复合材料导热系数预测模型,实验值可达模型预测的90%以上。对Bi-In-Sn在添加金刚石颗粒前后的熔化/凝固相变行为进行了分析,Bi-In-Sn在添加金刚石颗粒后,其开始熔化时间延迟,且熔化相变持续时间较长。在发热元件长时间工作时,Bi-In-Sn/金刚石较Bi-In-Sn表现出较好的散热能力。Bi-In-Sn在添加金刚石颗粒后,其凝固时间提前,且过冷度减小。针对间歇性发热元件,Bi-In-Sn在添加金刚石颗粒后使其凝固进程相对缩短,经多次循环测试后表现出较好的热稳定性。通过对Bi-In-Sn/金刚石进行1000次熔化/凝固循环测试,发现金刚石颗粒在Bi-In-Sn中的相对位置基本稳定。结合模拟分析,金刚石对LM相变过程的影响机理为:LM在添加金刚石颗粒后可增强其局部导热性能,均衡LM的内部温度,使热量不易聚集于LM内部,从而延缓其熔化相变,使LM保持较高的导热性能;在冷却时,金刚石颗粒加速LM内部温度传递,从而使其整体凝固相变更为均匀,导致其凝固时长相对缩短。