本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种金刚石/铜复合材料的制备方法。
背景技术
由于电子技术的高速发展，电子器件输出功率和集成电路的集成度急剧增加，对电子器件散热性能的要求越来越高，新型电子封装材料的开发成为解决电子器件散热问题的关键。金刚石的在常温下的热导率为1500～2600w/mk，热膨胀系数为0.86×10-6/k，铜作为常用的导热导电材料其热导率为400w/(m·k)，热膨胀系数为16.32×10-6/k，由于金刚石与高导热金属的复合材料由于其高热导率、低膨胀和低密度的特点，因此将金刚石与铜复合制备的金刚石/铜复合材料是一种理想的新型电子封装材料，受到许多研究者的青睐。
然而，由于金刚石与铜不浸润，金刚石与铜直接复合时，两者的界面上基本没有结合强度，热量在金刚石和铜之间传输时热阻很大，导致复合材料热导率一直不高。现有方法制备的复合材料增强体与基体间的浸润性差，界面结合强度不高，界面热阻大，仍需一种新的方法，更好地改善金刚石与铜之间的界面结合，制备出高导热复合材料。
技术实现要素：
为解决现有技术中，制备的复合材料增强体与金刚石基体间的浸润性差，界面结合强度不高，界面热阻大的问题，本发明提供了一种金刚石/铜复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种金刚石/铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)用除油剂将金刚石颗粒煮沸除油；
(2)用第一活化剂将步骤(1)处理后的金刚石颗粒煮沸活化；
(3)将步骤(2)活化后的金刚石颗粒与镀覆粉末混合后，于真空环境中加热；
(4)用镀铜液对步骤(3)处理后的金刚石颗粒进行镀铜；
(5)用步骤(4)处理后的金刚石颗粒和铜制备金刚石/铜复合材料。
优选地，所述方法进一步包括：在步骤(3)之后，先将金刚石颗粒用敏化液和第二活化剂处理后，再进行镀铜，每升所述敏化液中包括氯化亚锡20g和盐酸20ml，每升所述第二活化剂中包括氯化钯0.5g和盐酸20ml。
优选地，步骤(1)所述除油剂为10～20％(wt)的naoh，所述煮沸除油的时间为5～20min，除油后，用蒸馏水漂洗至中性
优选地，步骤(2)所述第一活化剂为10～20％(wt)的hno3，所述煮沸活化的时间为10～15min，活化后，用蒸馏水漂洗至中性，然后置于真空干燥箱中烘干。
优选地，步骤(3)所述镀覆粉末包括钛粉、氢化钛粉、钨粉和铬粉中的至少一种，所述镀覆粉末的粒度为10～100μm。
优选地，步骤(3)所述金刚石颗粒与镀覆粉末混合的质量比为1：1～3。
优选地，步骤(3)所述加热的温度为600～1000℃，加热时间为30～300min。
优选地，每升所述镀铜液中，包括以下原料：
硫酸铜10～30g，
甲醛5～15ml，
酒石酸钠40～60g，
余量为水。
优选地，所述镀铜液的ph为13～14。
优选地，步骤(4)所述镀铜的方法为：将步骤(3)处理的金刚石颗粒浸没于镀铜液中搅拌镀覆10～30min。
步骤(5)所述制备金刚石/铜复合材料的方法为：将步骤(4)处理的金刚石颗粒制备成预制体或装入型膜，然后放入石墨套筒中，在石墨套筒的上方放置体积分数为30～70％的铜块，抽真空到10-4～1pa，升温至1100～1300℃并加压，保温保压10～120min。
进一步优选地，所述加压的压力范围是0.3～60mpa。
在金刚石表面镀覆或者在铜基体中添加可以形成碳化物的元素(ti、cr、b、w、mo等)，能够增加液体铜与金刚石的润湿性，从而提高两者的界面结合强度。
本发明的有益效果
1、本发明通过在金刚石表面镀覆双层镀层，所制备的复合材料热导率高，热膨胀系数低，具有较优异的综合性能，适用于对散热要求较高的电子器件中；
2、本发明所提供的方法可操作性强，工艺简单，金刚石与表面的复合金属层结合强度好，复合金属层的厚度均匀。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种金刚石/铜复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)用除油剂将金刚石颗粒煮沸除油；
步骤(1)所述除油剂为10％(wt)的naoh，煮沸除油的时间为10min，用去离子水漂洗至中性，烘干备用。
(2)用第一活化剂将步骤(1)处理后的金刚石颗粒煮沸活化，第一活化剂为10％(wt)的hno3，煮沸活化的时间为10min，然后用去离子水漂洗至中性，烘干备用。
(3)将步骤(2)活化后的金刚石颗粒与氢化钛按质量比1：1混合后，装入不锈钢容器中，真空度为10-3pa，加热温度为700℃，保温时间为120min；
(4)用镀铜液对步骤(3)处理后的金刚石颗粒进行镀铜，镀铜液配方为硫酸铜20g/l，甲醛10ml/l，酒石酸钠50g/l，ph为12，先将步骤(3)处理的金刚石颗粒浸没于镀铜液中25℃搅拌镀覆20min；
(5)将步骤(4)处理的金刚石颗粒制备成预制体或装入型膜，然后放入石墨套筒中，在石墨套筒的上方放置体积分数为60％的铜块，抽真空到10-4pa，升温至1200℃并加压，浸渗压力10mpa，保温保压20min。
实施例2
一种金刚石/铜复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)用除油剂将金刚石颗粒煮沸除油；
步骤(1)所述除油剂为10％(wt)的naoh，煮沸除油的时间为10min，用去离子水漂洗至中性，烘干备用。
(2)用第一活化剂将步骤(1)处理后的金刚石颗粒煮沸活化，第一活化剂为10％(wt)的hno3，煮沸活化的时间为10min，然后用去离子水漂洗至中性，烘干备用。
(3)将步骤(2)活化后的金刚石颗粒与钛粉按质量比1：1混合后，装入不锈钢容器中，真空度为10-3pa，加热温度为700℃，保温时间为120min；
(4)用镀铜液对步骤(3)处理后的金刚石颗粒进行镀铜，镀铜液配方为硫酸铜20g/l，甲醛10ml/l，酒石酸钠50g/l，ph为12，先将步骤(3)处理的金刚石颗粒浸没于镀铜液中25℃搅拌镀覆20min；
(5)将步骤(4)处理的金刚石颗粒制备成预制体或装入型膜，然后放入石墨套筒中，在石墨套筒的上方放置体积分数为60％的铜块，抽真空到10-4pa，升温至1200℃并加压，浸渗压力10mpa，保温保压20min。
实施例3
一种金刚石/铜复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)用除油剂将金刚石颗粒煮沸除油；
步骤(1)所述除油剂为10％(wt)的naoh，煮沸除油的时间为10min，用去离子水漂洗至中性，烘干备用。
(2)用第一活化剂将步骤(1)处理后的金刚石颗粒煮沸活化，第一活化剂为10％(wt)的hno3，煮沸活化的时间为10min，然后用去离子水漂洗至中性，烘干备用。
(3)将步骤(2)活化后的金刚石颗粒与钨粉按质量比1：2混合后，装入不锈钢容器中，真空度为10-3pa，加热温度为800℃，保温时间为60min；
(4)用镀铜液对步骤(3)处理后的金刚石颗粒进行镀铜，镀铜液配方为硫酸铜20g/l，甲醛10ml/l，酒石酸钠50g/l，ph为12，先将步骤(3)处理的金刚石颗粒浸没于镀铜液中25℃搅拌镀覆20min；
(5)将步骤(4)处理的金刚石颗粒制备成预制体或装入型膜，然后放入石墨套筒中，在石墨套筒的上方放置体积分数为50％的铜块，抽真空到10-4pa，升温至1200℃并加压，浸渗压力20mpa，保温保压60min。
实施例4
一种金刚石/铜复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)用除油剂将金刚石颗粒煮沸除油；
步骤(1)所述除油剂为10％(wt)的naoh，煮沸除油的时间为10min，用去离子水漂洗至中性，烘干备用。
(2)用第一活化剂将步骤(1)处理后的金刚石颗粒煮沸活化，第一活化剂为10％(wt)的hno3，煮沸活化的时间为10min，然后用去离子水漂洗至中性，烘干备用。
(3)将步骤(2)活化后的金刚石颗粒与铬粉按质量比1：2混合后，装入不锈钢容器中，真空度为10-3pa，加热温度为900℃，保温时间为180min；
(4)用镀铜液对步骤(3)处理后的金刚石颗粒进行镀铜，镀铜液配方为硫酸铜20g/l，甲醛10ml/l，酒石酸钠50g/l，ph为12，先将步骤(3)处理的金刚石颗粒浸没于镀铜液中25℃搅拌镀覆20min；
(5)将步骤(4)处理的金刚石颗粒制备成预制体或装入型膜，然后放入石墨套筒中，在石墨套筒的上方放置体积分数为50％的铜块，抽真空到10-4pa，升温至1200℃并加压，浸渗压力20mpa，保温保压60min。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，在步骤(3)之后，先将金刚石颗粒用敏化液和第二活化剂处理后，再进行镀铜，每升敏化液中包括氯化亚锡20g和盐酸20ml，每升第二活化剂中包括氯化钯0.5g和盐酸20ml。
其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，在步骤(3)中，金刚石颗粒与氢化钛按质量比1：3混合，其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，在步骤(3)中，加热温度为1000℃，保温时间为30min，其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，在步骤(3)中，加热温度为1000℃，保温时间为25min，其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于，在步骤(4)中，铜块的体积分数为25％，其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于，在步骤(4)中，铜块的体积分数为80％，其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例7
本对比例与实施例1的区别在于，没有进行步骤(1)中的除油，直接对金刚石颗粒进行活化剂后续处理，其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例8
本对比例与实施例1的区别在于，没有进行步骤(2)中的活化，在步骤(1)除油完成后，直接进入步骤(3)及后续处理，其余步骤和条件与实施例1相同。
检测例
本检测例测试了实施例1～4和对比例1～8所制备的表面包覆铜复合金属的金刚石的性能，具体如表1所示。
表1
本检测例还通过断面扫描观察了复合金属层的断面情况，观察到实施例1～4的铜复合金属的厚度均匀程度优于对比例1～8的铜复合金属的厚度，说明采用本发明的方法在金刚石表面包覆的铜复合金属的厚度更加均匀。