[发明专利]一种含有石墨烯的高强度、高导电率铜或铜合金导线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种含有石墨烯的铜或铜合金导线的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种新型二维纳米材料，其强度高达1.01Tpa，是结构钢的100倍，而密度却是结构钢的1/5。由于石墨烯密度小，提高金属材料强度的同时还能降低材料的密度。同时石墨烯还具有超高的电子迁移率(200000cm²/V·S)、电导率、热导率(5000W/m·K)、杨氏模量(1100GPa)等优异性能，因此将石墨烯与铝、钛、镁等金属材料复合，预期可以得到轻质高强、兼备导电、导热等功能特性的结构功能一体化的复合材料。

石墨烯具有超高强度的同时，还具有超强的导电性能，是目前导电性最好的材料。如果将石墨烯添加到铜中，制备铜基烯合金，在提高铜强度的同时还能提高铜的导电性能。

据统计，如果铜合金的导电率提高1％，全国每年节省亿千瓦度电；同时，如果同强度提高，就可以实现铜电缆大跨度架空导线的应用。铜合金的强度和导电性在目前阶段技术条件下，已经很难有所提高。因此需要提供一种制备工艺简单、便于工业上大规模推广应用的石墨烯与金属材料复合材料的制备方法。

发明内容

本发明针对上述现有材料与工艺技术中存在的不足提供了一种含有石墨烯的高强度、高导电率铜或铜合金导线的制备方法。其目的是通过本发明方法制备出具有高强度和高导电性的铜或铜合金导线。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含有石墨烯的高强度、高导电率铜或铜合金导线的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)制备含有增强相的铜或铜合金锭

a.配制含0.5％～15％质量百分比计的增强相的铜或铜合金粉混合物；

b.于40～120r/min转速下球磨步骤a所得混合物20～40h；

c.于350～500Mpa下冷压成型，在惰性气体的保护和850～950℃温度下，烧结铜或铜合金锭1～5h；

2)制备铜或铜合金导线

将800～900℃下热挤压铜或铜合金锭得到的Φ5～20mm棒材拉制成Φ0.3～2mm的丝材；

3)在铜或铜合金导线的表面生长石墨烯膜

用“ROLL-TO-ROLL”工艺，将制得的铜或铜合金丝于通甲烷气体的、温度为900～1200℃的CVD炉中至少处理30min，得表面生长1～10层石墨烯膜的铜或铜合金导线。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第一优选技术方案，所述步骤1)的所述熔炼工艺包括：于1200～1220℃下熔炼增强相和铜或铜合金粉的混合物；按熔炼液质量0.3～0.4％的比例加入磷铜脱氧，搅拌后扒渣；于1100～1200℃将熔炼液铸成铜或铜合金锭。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第二优选技术方案，步骤1)中所述增强相选自石墨烯、碳纳米管、陶瓷中的一种或多种材料。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第三优选技术方案，步骤a中所述增强相的质量百分比为0.5％～10％。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第四优选技术方案，步骤a中所述增强相的质量百分比为5％。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第五优选技术方案，步骤b中所述球磨的转速为60r/min。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第六优选技术方案，步骤c中所述成型压力为470MPa。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第七优选技术方案，步骤c中所述烧结的温度为900℃，时间为2h。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第八优选技术方案，步骤3)中所述CVD炉的温度为1000℃。

所述的铜或铜合金导线的制备方法的第九优选技术方案，步骤3)中所述石墨烯膜为3～10层。

与最接近的现有技术比，本发明具有如下效果：

1)本发明方法制备的内部含有增强相、外表面生长石墨烯膜的铜或铜合金导线具有高强度及高导电率；

2)本发明提供的方法工艺简单，易于产业化，在高压及超高压电缆行业中极具应用前景。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

实施例1

一种含有石墨烯的高强度、高导电率铜导线的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)制备含有石墨烯的铜锭

a.配制石墨烯和铜粉的混合物，其中石墨烯所占的质量百分比为1％；

b.于60r/min转速下球磨石墨烯与铜粉混合物20h；