一種含有石墨烯的高強度、高導(dǎo)電率銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種含有石墨烯的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨稀是一種新型二維納米材料，其強度高達1.0lTpa，是結(jié)構(gòu)鋼的100倍，而密度卻是結(jié)構(gòu)鋼的1/5。由于石墨烯密度小，提高金屬材料強度的同時還能降低材料的密度。同時石墨烯還具有超高的電子迀移率(200000cm2/V.S)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率(5000W/m.K)、楊氏模量(IlOOGPa)等優(yōu)異性能，因此將石墨烯與鋁、鈦、鎂等金屬材料復(fù)合，預(yù)期可以得到輕質(zhì)高強、兼?zhèn)鋵?dǎo)電、導(dǎo)熱等功能特性的結(jié)構(gòu)功能一體化的復(fù)合材料。
[0003]石墨烯具有超高強度的同時，還具有超強的導(dǎo)電性能，是目前導(dǎo)電性最好的材料。如果將石墨烯添加到銅中，制備銅基烯合金，在提高銅強度的同時還能提高銅的導(dǎo)電性能。
[0004]據(jù)統(tǒng)計，如果銅合金的導(dǎo)電率提高I %，全國每年節(jié)省億千瓦度電；同時，如果同強度提高，就可以實現(xiàn)銅電纜大跨度架空導(dǎo)線的應(yīng)用。銅合金的強度和導(dǎo)電性在目前階段技術(shù)條件下，已經(jīng)很難有所提高。因此需要提供一種制備工藝簡單、便于工業(yè)上大規(guī)模推廣應(yīng)用的石墨稀與金屬材料復(fù)合材料的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有材料與工藝技術(shù)中存在的不足提供了一種含有石墨烯的高強度、高導(dǎo)電率銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法。其目的是通過本發(fā)明方法制備出具有高強度和高導(dǎo)電性的銅或銅合金導(dǎo)線。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種含有石墨烯的高強度、高導(dǎo)電率銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0008]I)制備含有增強相的銅或銅合金錠
[0009]a.配制含0.5%?15%質(zhì)量百分比計的增強相的銅或銅合金粉混合物；
[0010]b.于40?120r/min轉(zhuǎn)速下球磨步驟a所得混合物20?40h ；
[0011]c.于350?500Mpa下冷壓成型，在惰性氣體的保護和850?950°C溫度下，燒結(jié)銅或銅合金錠I?5h ;
[0012]2)制備銅或銅合金導(dǎo)線
[0013]將800?900°C下熱擠壓銅或銅合金錠得到的Φ5?20mm棒材拉制成Φ0.3?2mm的絲材；
[0014]3)在銅或銅合金導(dǎo)線的表面生長石墨烯膜
[0015]用“R0LL-T0-R0LL”工藝，將制得的銅或銅合金絲于通甲烷氣體的、溫度為900?1200°C的CVD爐中至少處理30min，得表面生長I?10層石墨稀膜的銅或銅合金導(dǎo)線。
[0016]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟I)的所述熔煉工藝包括:于1200?1220°C下熔煉增強相和銅或銅合金粉的混合物；按熔煉液質(zhì)量0.3?0.4%的比例加入磷銅脫氧，攪拌后扒渣；于1100?1200°C將熔煉液鑄成銅或銅合金錠。
[0017]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案，步驟I)中所述增強相選自石墨烯、碳納米管、陶瓷中的一種或多種材料。
[0018]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案，步驟a中所述增強相的質(zhì)量百分比為0.5%?10%。
[0019]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案，步驟a中所述增強相的質(zhì)量百分比為5%。
[0020]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第五優(yōu)選技術(shù)方案，步驟b中所述球磨的轉(zhuǎn)速為 60r/mino
[0021]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第六優(yōu)選技術(shù)方案，步驟c中所述成型壓力為 470MPa。
[0022]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第七優(yōu)選技術(shù)方案，步驟c中所述燒結(jié)的溫度為900°C，時間為2h。
[0023]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第八優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)中所述CVD爐的溫度為1000 °C。
[0024]所述的銅或銅合金導(dǎo)線的制備方法的第九優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)中所述石墨烯膜為3?10層。
[0025]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下效果:
[0026]I)本發(fā)明方法制備的內(nèi)部含有增強相、外表面生長石墨烯膜的銅或銅合金導(dǎo)線具有高強度及高導(dǎo)電率；
[0027]2)本發(fā)明提供的方法工藝簡單，易于產(chǎn)業(yè)化，在高壓及超高壓電纜行業(yè)中極具應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0028]以下將結(jié)合實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步地詳述:
[0029]實施例1
[0030]一種含有石墨烯的高強度、高導(dǎo)電率銅導(dǎo)線的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0031]I)制備含有石墨烯的銅錠
[0032]a.配制石墨烯和銅粉的混合物，其中石墨烯所占的質(zhì)量百分比為1% ;
[0033]b.于60r/min轉(zhuǎn)速下球磨石墨烯與銅粉混合物20h ;
[0034]c.于350MPa下冷壓成型，在惰性氣體的保護和850°C溫度下，燒結(jié)銅錠Ih ；
[0035]2)制備銅導(dǎo)線
[0036]將800°C下熱擠壓銅錠得到的Φ 5mm棒材拉制成Φ 0.5mm的絲材；
[0037]3)在銅導(dǎo)線的表面生長石墨烯膜
[0038]用“R0LL-T0-R0LL”工藝，將制得的銅絲于通有甲烷氣體的、溫度為1000°C的CVD爐中處理30min，得表面生長3層石墨烯膜的銅導(dǎo)線。
[0039]實施例2
[0040]一種含有石墨烯的高強度、高導(dǎo)電率銅合金導(dǎo)線的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0041]I)制備含有石墨烯的銅合金錠
[0042]a.配制石墨烯和銅合金粉的混合物，其中石墨烯所占的質(zhì)量百分比為5% ;
[0043]b.于60r/min轉(zhuǎn)速下球磨石墨稀與銅合金粉混合物25h ；
[0044]c.于400MPa下冷壓成型，在惰性氣體的保護和900°C溫度下，燒結(jié)銅合金錠2h ；
[0045]2)制備銅合金導(dǎo)線
[0046]將850°C下熱擠壓銅合金錠得到的Φ9.5mm棒材拉制成Φ0.3mm的絲材；
[0047]3)在銅合金導(dǎo)線的表面生長石墨烯膜
[0048]用“R0LL-T0-R0LL”工藝，將制得的銅合金絲于通有甲烷氣體的、溫度為1000°C的CVD爐中處理60min，得表面生長5層石墨稀膜的銅合金導(dǎo)線。
[0049]實施例3
[0050]—種含有石墨烯的高強度、高導(dǎo)電率銅合金導(dǎo)線的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0051]I)制備含有碳納米管的銅合金錠
[0052]a.配置碳納米管和銅合金粉的混合物，其中碳納米管所占的質(zhì)量百分比為2% ;
[0053]b.于60r/min轉(zhuǎn)速下球磨碳納米管與銅合金粉混合物30h ；
[0054]c.于400MPa下冷壓成型，在惰性氣體的保護和850°C溫度下，燒結(jié)銅合金錠3h ；
[0055]2)制備銅合金導(dǎo)線
[0056]將900°C下熱擠壓銅合金錠得到的Φ20ι?πι棒材拉制成Φ 1.8mm的絲材；
[0057]3)在銅合金導(dǎo)線的表面生長石墨烯膜
[0058]用“R0LL-T0-R0LL”工藝，將制得的銅合金絲于通