本发明属于铜-石墨复合材料高导热强化，具体涉及一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，通过引入过渡元素cr和时效处理，并采用层叠法和放电等离子烧结制备。
背景技术：
1、随着电子元器件向着大功率、高频化、小型化方向发展，传统的电子封装材料如w-cu、mo-cu等已无法满足其较高的性能需求。铜-石墨复合材料凭借其优异的导热性能以及较低的热膨胀系数和密度，逐渐成为新一代电子封装材料。
2、利用展向高热导率的石墨强化铜基体的热学性能是一种极佳的方法。石墨具有高热导率、低热膨胀系数以及低密度的特点，而且相比于其它碳材料，石墨的来源更广、价格更低，铜-石墨复合材料是一种出色的高导热材料。
3、传统的铜-石墨复合材料制备方法是铜基体粉末与石墨均匀混合后烧结。但铜基体与石墨之间的润湿性较差，铜与石墨之间存在间隙，且无法保证石墨在铜基体横向平面内全部以展向分布，难以发挥其优异的导热性能。充分发挥材料的设计自由性，探索高性能、低成本的铜-石墨复合材料的制备工艺，推进高性能电子元器件封装材料发展，是时代的重要课题。
技术实现思路
1、本发明提供了一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，以铜箔的方式引入铜基体，通过流延法在铜基体上添加过渡元素cr和镀铜石墨，再通过层叠法进行放电等离子烧结，定向调控了铜基体内石墨的取向，提高了复合材料的热导率，最后将烧结后样品进行时效处理，促进了烧结后固溶在基体中的cr原子向边界扩散，减少了铜与石墨润湿性较差的问题，提高了材料的综合性能。
2、本发明的技术解决方案：
3、一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，包括如下步骤：
4、（1）材料预处理
5、分别将铜箔、镀铜石墨置于hcl溶液中超声波清洗，以除去表面杂质和氧化物，将铜箔裁剪成一定尺寸形状，用筛网对镀铜石墨进行过筛处理，并用无水乙醇对铜箔和过筛后的镀铜石墨进行清洗直至表面没有明显污垢出现，之后将所需材料置于无水乙醇中保存；
6、（2）粘结剂及铬、石墨浆料制备
7、在烧杯中按一定比例加入聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇，在30 ℃下磁力搅拌至清澈无胶状物，取出静置至无气泡产生，制得粘结剂，将一定量的高纯铬粉和步骤（1）中的镀铜石墨加入制备好的粘结剂中并进行磁力搅拌30 min至均匀混合，制得石墨浆料；
8、（3）浆料涂覆
9、采用刮刀将步骤（2）中制好的石墨浆料均匀涂覆在步骤（1）中的铜箔一侧表面，将涂覆浆料的铜箔置于管式炉中进行煅烧还原；
10、（4）放电等离子烧结
11、将步骤（3）中涂覆浆料的铜箔按相同方向依次放入石墨模具中，将石墨模具预压紧实后放入放电等离子烧结炉腔内，在真空环境下按照设定程序进行烧结，获得cu-cr-gr复合材料；
12、（5）时效处理
13、将步骤（4）中获得的复合材料去除表面碳纸后，置于管式炉中通入高纯氢气进行时效处理，最终得到高导热cu-cr-gr复合材料。
14、所述步骤（1）中铜箔为电解铜箔，尺寸形状为厚度30 μm、直径25 mm的圆片。
15、所述步骤（1）中所需镀铜石墨的规格为500 μm。
16、所述步骤（1）中超声波清洗30 min，所用超声波清洗器为jk-5200b型超声波清洗器，功率为200 w，频率为40 khz。
17、所述步骤（2）中聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇的质量比为1:8。
18、所述步骤（2）中铬粉的含量为0.25 wt%，镀铜石墨的含量为20 vol%。
19、所述步骤（2）中所用磁力搅拌器为df-101s型集热式磁力搅拌器。
20、所述步骤（3）中单片铜箔所涂覆浆料中铬粉的含量为0.25 wt%，镀铜石墨的含量为5.54 wt%。
21、所述步骤（3）中管式炉型号为gsl-1200x，设定程序如下：以10 ℃/min从室温升至200 ℃，保温2 h后随炉冷却至室温。
22、所述步骤（3）中通入氢气流量为300 ml/min。
23、所述步骤（4）中放入石墨模具中铜箔的总质量为25 g。
24、所述步骤（4）中预压压强为10 mpa。
25、所述步骤（4）中放电等离子烧结系统型号为laboxtm-300，采用热电偶测温，设定程序如下：以100 ℃/min的速率升到600 ℃，保温5 min；接着以100 ℃/min的速率升到920℃，在此过程中将压力从10 mpa升到50 mpa，保温5 min后快速冷却。
26、所述步骤（5）中管式炉型号为gsl-1200x，设定程序如下：以10 ℃/min从室温升至400～500 ℃，保温2 h后随炉冷却至室温。
27、所述步骤（5）中通入氢气流量为300 ml/min。
28、本发明的有益效果：本发明通过加入过渡元素cr和采用时效处理方法来改善铜-石墨的界面性质，烧结后固溶在铜基体中的cr原子经时效处理后扩散到界面处并与石墨反应生成铬的碳化物，减少了铜-石墨的界面间隙，有效提高了复合材料的导热性能；本发明通过以铜箔的方式引入铜基体，采用流延法加层叠法的方式来定向调控石墨的取向，进一步提高了复合材料的导热性能，最终制备出高导热cu-cr-gr复合材料，解决了传统粉末冶金法制备铜-石墨复合材料难以控制石墨在铜基体中的取向，限制其导热提高的问题。
1.一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中铜箔为电解铜箔，尺寸形状为厚度30 μm、直径25 mm的圆片，所需镀铜石墨的规格为500 μm。
3.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中超声波清洗30 min，所用超声波清洗器为jk-5200b型超声波清洗器，功率为200 w，频率为40 khz。
4.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇的质量比为1:8，步骤（2）中铬粉的含量为0.25 wt%，镀铜石墨的含量为20 vol%。
5.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中所用磁力搅拌器为df-101s型集热式磁力搅拌器。
6.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中单片铜箔所涂覆浆料中铬粉的含量为0.25 wt%，镀铜石墨的含量为5.54 wt%。
7.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中管式炉型号为gsl-1200x，设定程序如下：以10 ℃/min从室温升至200 ℃，保温2 h后随炉冷却至室温，步骤（3）中通入氢气流量为300 ml/min。
8.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中放入石墨模具中铜箔的总质量为25 g，预压压强为10 mpa。
9.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中放电等离子烧结系统型号为laboxtm-300，采用热电偶测温，设定程序如下：以100℃/min的速率升到600 ℃，保温5 min；接着以100 ℃/min的速率升到920 ℃，在此过程中将压力从10 mpa升到50 mpa，保温5 min后快速冷却。
10.如权利要求1所述一种高导热cu-cr-gr复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中管式炉型号为gsl-1200x，设定程序如下：以10 ℃/min从室温升至400～500 ℃，保温2 h后随炉冷却至室温，步骤（5）中通入氢气流量为300 ml/min。
