具有絕緣層的銅導(dǎo)線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有絕緣層的銅導(dǎo)線，其特征在于，包括：用于導(dǎo)電的銅芯；包覆在所述銅芯表面的銅鋁化合物層以及包覆在銅鋁化合物層外表面的氧化鋁陶瓷層，其中，銅鋁化合物層由CuAl、CuAl2和Cu9Al4的混合物組成，銅鋁化合物層的厚度為0.5～10μm，氧化鋁陶瓷層的厚度為20～99μm。本發(fā)明提供一種制備上述具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟A，助鍍劑處理；步驟B，熱浸鍍處理；步驟C，微弧氧化處理。在本發(fā)明所涉及的具有絕緣層的銅導(dǎo)線中，絕緣層與基體的結(jié)合強(qiáng)度超過40MPa，絕緣層耐熱性良好，可以在500℃的高溫下安全工作。本發(fā)明提供的制備具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，工藝簡(jiǎn)單，制備成本低。
【專利說明】具有絕緣層的銅導(dǎo)線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸電導(dǎo)線及其制備，尤其是一種具有絕緣層的銅導(dǎo)線及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前，普通的銅輸電導(dǎo)線基本上都是使用塑料或者橡膠類材料作為絕緣層的，這些絕緣材料使用溫度不能超過200°C。高溫下使用的導(dǎo)線一般都采用無機(jī)非金屬材料來制作絕緣層，但是這樣的絕緣層不僅制造方法復(fù)雜，制造成本高，而且無機(jī)非金屬與銅的性能差異很大，還會(huì)導(dǎo)致絕緣層很難與銅基體結(jié)合，容易脫落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本課題是針對(duì)上述問題進(jìn)行的，目的在于提供一種具有耐高溫并與基體結(jié)合性好的絕緣層的銅導(dǎo)線及其制備方法。
[0004]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下的技術(shù)方案。
[0005]本發(fā)明提供一種具有絕緣層的銅導(dǎo)線，其特征在于，包括:用于導(dǎo)電的銅芯；包覆在銅芯表面的銅鋁化合物層；以及包覆在銅鋁化合物層外表面的氧化鋁陶瓷層，其中，銅鋁化合物層由CuAIXuAI2以及Cu9Al4的混合物組成，銅鋁化合物層的厚度為0.5~10 μ m，氧化鋁陶瓷層的厚度為20~99 μ m。
[0006]進(jìn)一步，本發(fā)明還提供一種制備上述具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟A，助鍍劑 處理:用純凈水配置Li2SiF6溶液，作為助鍍劑，其中，純凈水和Li2SiF6的質(zhì)量比為5: 1，在60~80°C下，將銅芯放置在助鍍劑中，3min后將銅芯取出烘干，得到助鍍劑處理銅芯；步驟B，熱浸鍍處理:將助鍍劑處理銅芯浸入700~720°C的鋁熔液中，10~20s后取出，得到銅鋁復(fù)合導(dǎo)線；步驟C，微弧氧化處理:在純凈水中加入Na2SiO3和Na2B4O7，配置電解液，其中，純凈水、Na2SiO3以及Na2B4O7的質(zhì)量比為1000:8:2，將電解液盛放在不銹鋼槽中，將銅鋁復(fù)合導(dǎo)線放置在電解液中，作為陽極，將不銹鋼作為陰極，將陽極和陰極連接在脈沖電源上，進(jìn)行5~20min的微弧氧化處理，得到具有絕緣層的銅導(dǎo)線，其中，脈沖電源的正向電壓為400~550V，負(fù)向電壓為30V，頻率為400Hz，電流密度為5~
3OA/dm2。
[0007]本發(fā)明提供的制備具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，還可以具有這樣的特征:其中，鋁熔液的溫度是720°C，熱浸鍍處理的時(shí)間是15s。
[0008]本發(fā)明提供的制備具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，還可以具有這樣的特征:其中，微弧氧化處理的時(shí)間是lOmin，脈沖電源的正向電壓是450V，電流密度是20A/dm2。
[0009]發(fā)明的作用與效果
[0010]在本發(fā)明所涉及的具有絕緣層的銅導(dǎo)線中，由于絕緣層是氧化鋁陶瓷層，其耐熱性好，因此絕緣層在高溫條件下仍具有良好的絕緣性能，同時(shí)，氧化鋁陶瓷層與銅芯之間通過銅鋁化合物層結(jié)合，銅鋁化合物層與銅芯之間以及銅鋁化合物層與氧化鋁陶瓷層之間均為冶金結(jié)合，從而能夠大幅度提高絕緣層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明提供的制備上述銅導(dǎo)線的方法，采用熱浸鍍工藝制備銅鋁化合物層和其外層的純鋁層，然后采用微弧氧化工藝將純鋁層氧化成氧化鋁陶瓷層，制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，制備時(shí)間短。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是實(shí)施例中具有絕緣層的銅導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提供的具有絕緣層的銅導(dǎo)線及其制備方法作詳細(xì)闡述。
[0013]〈實(shí)施例一〉
[0014]具有絕緣層的銅導(dǎo)線制備方法一:
[0015]步驟A，助鍍劑處理:在IL純凈水中加入200g Li2SiF6，攪拌使其充分溶解，制成助鍍劑。
[0016]將助鍍劑的溫度保持在80°C，將純銅制成的銅芯放置在助鍍劑中，停留3min后取出烘干，得到助鍍劑處理銅芯。
[0017]步驟B，熱浸鍍處理:將助鍍劑處理銅芯浸入鋁熔液中，鋁熔液的溫度保持在700°C，助鍍劑處理銅芯在鋁熔液中停留IOs后取出烘干，制得銅鋁復(fù)合導(dǎo)線。該銅鋁復(fù)合導(dǎo)線由銅芯、銅芯表面的銅鋁化合物層以及包覆在銅鋁化合物層表面的純鋁層組成，銅鋁化合物層主要由CuAl、CuAl2和Cu9Al4的混合物組成。 [0018]步驟C，微弧氧化處理:在IL純凈水中加入8g Na2SiO3和2gNa2B407，攪拌使其充分溶解，制成電解液。
[0019]用不銹鋼槽盛放電解液，用上述銅鋁復(fù)合導(dǎo)線作為陽極，不銹鋼作為陰極，分別放置在電解液中。將陽極和陰極分別連接脈沖微弧氧化電源，脈沖電源的正向電壓為400V，負(fù)向電壓為30V，頻率為400Hz，電流密度為5A/dm2。通電5min，進(jìn)行微弧氧化處理，銅鋁復(fù)合導(dǎo)線外層的純鋁全部被氧化成為陶瓷質(zhì)的氧化鋁，得到具有絕緣層的銅導(dǎo)線。
[0020]圖1是實(shí)施例中具有絕緣層的銅導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]如圖1所示，銅導(dǎo)線10由銅芯11、銅鋁化合物層12和外層的氧化鋁陶瓷層13組成。銅鋁化合物層12的厚度為2 μ m，氧化鋁陶瓷層13的厚度為20 μ m。
[0022]采用本實(shí)施例的制備方法和工藝參數(shù)制備的銅導(dǎo)線10的導(dǎo)電率為100%IACS，氧化鋁陶瓷層13的表面硬度為220HV，擊穿電壓為500V，可在500°C下正常工作，氧化鋁陶瓷層13與基體的結(jié)合強(qiáng)度在40MPa以上。
[0023]<實(shí)施例二 >
[0024]具有絕緣層的銅導(dǎo)線的制備方法二:
[0025]步驟A，助鍍劑處理:在IL純凈水中加入200g Li2SiF6，攪拌使其充分溶解，制成助鍍劑。
[0026]使助鍍劑溫度保持在70°C，將純銅制成的銅芯放置在助鍍劑中，停留3min后取出烘干，助鍍劑處理起到清潔銅芯表面的作用，得到助鍍劑處理銅芯。
[0027]步驟B，熱浸鍍處理:將助鍍劑處理銅芯浸入熔融的鋁熔液中，鋁熔液的溫度保持在720°C，停留15s后取出烘干，得到銅鋁復(fù)合導(dǎo)線。熱浸鍍處理后銅芯表面形成一層銅鋁化合物層，該銅鋁化合物層主要由CuAl、CuAl2和Cu9Al4的混合物組成，銅鋁化合物層外表面還形成了一層純鋁層。
[0028]步驟C，微弧氧化處理:在IL純凈水中加入8g Na2SiO3和2gNa2B407，攪拌使其充分溶解，制成微弧氧化電解液。
[0029]將電解液盛入不銹鋼槽中，將銅鋁復(fù)合導(dǎo)線放置在電解液中，作為陽極，用不銹鋼作為陰極，連接脈沖微弧氧化電源，設(shè)置正向電壓為450V，負(fù)向電壓為30V，頻率為400Hz，電流密度為20A/dm2，通電后進(jìn)行IOmin的微弧氧化處理。銅鋁化合物層表面的純鋁全部被氧化成陶瓷質(zhì)的氧化鋁，得到具有絕緣層的銅導(dǎo)線。
[0030]本實(shí)施例中制得的具有絕緣層的銅導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一種的相同，本實(shí)施例制備的銅導(dǎo)線中銅鋁化合物層的厚度為?ο μ m，氧化鋁陶瓷層的厚度為50 μ m。
[0031]采用本實(shí)施例的制備方法和工藝參數(shù)制備的銅導(dǎo)線導(dǎo)電率為100%IACS，絕緣層的表面硬度為220HV，擊穿電壓為1000V，可在500°C下正常工作，絕緣層與基體的結(jié)合強(qiáng)度在40MPa以上。
[0032]<實(shí)施例三>
[0033]具有絕緣層的銅導(dǎo)線制備方法三:
[0034]步驟A，助鍍劑處理:在IL純凈水中加入200g Li2SiF6，充分溶解后制成助鍍劑。
[0035]使助鍍劑的溫度保持在80°C，將純銅制成的銅芯放置在助鍍劑中，3min后取出烘干，得到助鍍劑處理銅芯。 [0036]步驟B，熱浸鍍處理:將助鍍劑處理銅芯浸入鋁熔液中，鋁熔液的溫度保持在710°C，停留20s后取出烘干，獲得銅鋁復(fù)合導(dǎo)線。該銅鋁復(fù)合導(dǎo)線由銅芯、銅芯表面的銅鋁化合物層、以及最外層的純鋁層組成，銅鋁化合物層由CuA1、CuA12和Cu9Al4的混合物組成。
[0037]步驟C，微弧氧化處理:在IL純凈水中加入8g Na2SiO3和2gNa2B407，攪拌使其充分溶解，制成微弧氧化電解液。
[0038]用不銹鋼槽盛放電解液，將上述銅鋁復(fù)合導(dǎo)線作為陽極，不銹鋼作為陰極，分別放置在電解液中。將陽極和陰極分別連接脈沖微弧氧化電源，設(shè)置正向電壓500V，負(fù)向電壓30V,頻率400Hz，電流密度30A/dm2，進(jìn)行15min的微弧氧化處理。純鋁層被氧化成陶瓷質(zhì)的氧化鋁層，得到具有絕緣層的銅導(dǎo)線。
[0039]采用本實(shí)施例的工藝參數(shù)制備的銅導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一中的相同，本實(shí)施例制備的銅導(dǎo)線中銅鋁化合物層的厚度為5 μ m，氧化鋁陶瓷層的厚度為90 μ m。
[0040]本實(shí)施例制得的銅導(dǎo)線的導(dǎo)電率為100%IACS，絕緣層表面硬度為220HV，擊穿電壓為1400V，可使用溫度達(dá)到500°C，絕緣層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度在40MPa以上。
[0041]實(shí)施例的作用與效果
[0042]實(shí)施例一~三提供的具有絕緣層的銅導(dǎo)線，銅芯與氧化鋁陶瓷層之間形成銅鋁化合物層，0.5~IOym的銅鋁化合物層與其內(nèi)部的銅芯之間以及與其外層的氧化鋁陶瓷層之間均為冶金結(jié)合，有效地將絕緣層與基體的結(jié)合強(qiáng)度提高到40MPa以上，氧化鋁陶瓷層的良好耐熱性使得該絕緣層可以在500°C的高溫下仍然具有良好的絕緣性能，該絕緣層的安全使用溫度比常規(guī)塑料包套銅導(dǎo)線的使用溫度高一倍以上。
[0043]實(shí)施例一~三提供的制備具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，采用常規(guī)的熱浸鍍和微弧氧化處理即可制備出具有良好耐熱性和高結(jié)合強(qiáng)度的絕緣層的銅導(dǎo)線，制備工藝簡(jiǎn)單，采用常規(guī)設(shè)備即可完成制備過程，成本低廉。對(duì)比實(shí)施例一~三可知，采用實(shí)施例二提供的工藝參數(shù)制備出的銅導(dǎo)線中，銅鋁化合物層和氧化鋁陶瓷層的厚度均達(dá)到最佳，既能使絕緣層具有足夠高的擊穿電壓，又能保證絕緣層與基體之間具有較高的結(jié)合強(qiáng)度。
[0044]當(dāng)然，本發(fā)明提供的具有絕緣層的銅導(dǎo)線及其制備方法并不僅僅限定于以上實(shí)施例中所述的內(nèi)容。以上內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0045]另外，本發(fā)明提供的具有絕緣層的銅導(dǎo)線的制備方法中，熱浸鍍處理的時(shí)間可以是10~20s范圍內(nèi)的任意值，所用鋁熔液的溫度還可以是700~720°C范圍內(nèi)的任意值，微弧氧化處理的時(shí)間還可以是5~20min內(nèi)的任意值，脈沖電源的正向電壓還可以是400~550V范圍內(nèi)的任意值，電流密度還可以是5~30A/dm2范圍內(nèi)的任意值，雖然制備出的銅導(dǎo)線的性能不如實(shí)施例二中的優(yōu)越，但仍然具有耐熱性良好的絕緣層，可在500°C的高溫下工作，并且該絕緣層與基體的結(jié)合強(qiáng)度超過40MPa，能夠滿足高溫下的應(yīng)用需求。
【權(quán)利要求】
1.一種具有絕緣層的銅導(dǎo)線，其特征在于，包括: 用于導(dǎo)電的銅芯； 包覆在所述銅芯表面的銅鋁化合物層；以及 包覆在所述銅鋁化合物層外表面的氧化鋁陶瓷層， 其中，所述銅鋁化合物層由 CuAl、CuAl2以及Cu9Al4的混合物組成，所述銅鋁化合物層的厚度為0.5~10 μ m，所述氧化鋁陶瓷層的厚度為20~99 μ m。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A，助鍍劑處理:用純凈水配置Li2SiF6溶液，作為助鍍劑，其中，所述純凈水和所述Li2SiF6的質(zhì)量比為5:1， 在60~80°C下，將所述銅芯放置在所述助鍍劑中，3min后將所述銅芯取出烘干，得到助鍍劑處理銅芯； 步驟B，熱浸鍍處理:將所述助鍍劑處理銅芯浸入700~720 V的鋁熔液中，10~20s后取出烘干，得到銅鋁復(fù)合導(dǎo)線； 步驟C，微弧氧化處理:在純凈水中加入Na2SiO3和Na2B4O7,配置電解液，其中，所述純凈水、所述Na2SiO3以及所述Na2B4O7的質(zhì)量比為1000:8:2， 將所述電解液盛放在不銹鋼槽中，將所述銅鋁復(fù)合導(dǎo)線放置在所述電解液中，作為陽極，將不銹鋼作為陰極，將所述陽極和所述陰極連接在脈沖電源上，進(jìn)行5~20min的微弧氧化處理，得到所述具有絕緣層的銅導(dǎo)線， 其中，所述脈沖電源的正向電壓為400~550V，負(fù)向電壓為30V，頻率為400Hz，電流密度為5~30A/dm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，其特征在于: 其中，所述鋁熔液的溫度是720°C，所述熱浸鍍處理的時(shí)間是15s。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備具有絕緣層的銅導(dǎo)線的方法，其特征在于: 其中，所述微弧氧化處理的時(shí)間是lOmin，所述脈沖電源的正向電壓是450V，所述電流密度是20A/dm2。
【文檔編號(hào)】H01B7/02GK103952742SQ201410161668
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】劉新寬, 劉平, 陳小紅, 劉實(shí), 馬鳳倉(cāng), 李偉, 何代華 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)