[发明专利]一种石墨烯‑不锈钢复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯复合材料领域，具体涉及一种石墨烯-不锈钢复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

当电流通过电气设备(真空断路器、导电回路等)的导电回路时会产生热量，进而使电气设备的温度高于环境温度，产生温升。电气设备的温升应控制在相应标准推荐的范围内，才能使电气设备安全、高效的运行。随着目前电气设备大型化、高压化的发展，高额定电流的电气设备不断涌现，电气设备的温升也越来越大，多数电气设备的实际温升往往超出安全范围，给电气设备的安全运行带来隐患。

大型电气设备运行时，热量常常在电气设备柜体内部富集，通过开设通风口的方法有一定效果，但只能降低局部温升，实际降温升效果有限；开发具有良好散热性和导热性的柜体材料是有效降低大型电气设备温升的方法之一。

石墨烯是一种新型二维纳米材料，其纳米片是由SP2杂化碳原子组成的单原子层厚度的二维材料，其强度高达1.01TPa，导热系数高达5300w/m·k，常温下电子迁移率超过200000cm²/v·s，电阻率约1Ω·m，具有强度高、导热性好、电阻率低的特点。不锈钢具有较好的强度、较高的耐磨性等优良性能，可满足电气设备柜体的一般要求，但其散热和导热能力有限。

CN105568243A公开了一种用于不锈钢表面的石墨烯防腐涂层制备方法，在不锈钢表面制备石墨烯防腐涂层。现有的石墨烯-不锈钢复合材料，并不能从根本上提高石墨烯-不锈钢复合材料的导热性和散热性，降温升效果有限，无法作为电气设备柜体使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯-不锈钢复合材料，从而解决现有技术的石墨烯-不锈钢复合材料导热性和散热性不足，降温升效果差的问题。

本发明的第二个目的是提供上述石墨烯-不锈钢复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述石墨烯-不锈钢复合材料作为电气设备柜体的应用。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种石墨烯-不锈钢复合材料，该复合材料是由以下方法制备得到的，包括：真空条件下，向用于铸造不锈钢的熔体中以喷雾形式加入石墨烯浆体，搅拌混合，铸造，热处理，即得；其中，复合材料中石墨烯质量为不锈钢质量的1％～10％。

所述不锈钢为304、304L、316或316L不锈钢。

所述石墨烯浆体由以下重量百分比的组分组成：溶剂70％～95％，石墨烯粉4.5％～27％，分散剂0.5％～3％。溶剂为水或乙醇。分散剂为二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。石墨烯粉的粒度为1～20μm。该石墨烯浆料在制备时，向溶剂中加入分散剂混匀，再加入石墨烯粉，混合均匀，即得。

熔体的温度为1500℃～1600℃。所述热处理为在1050℃～1150℃进行固溶处理。固溶处理的时间为10min～20min，固溶处理后水冷即得。本发明提供的石墨烯-不锈钢复合材料，石墨烯浆料以喷雾形式加入到用于铸造不锈钢的熔体中，避免了石墨烯之间的团聚；石墨烯加入熔体中可以起到弥散强化的作用，增加复合材料的硬度、导热性和散热性，所得石墨烯-不锈钢复合材料，硬度大于200HB，导热性、散热性能优良，可以有效降低温升3-10℃。

一种上述石墨烯-不锈钢复合材料的制备方法包括：真空条件下，向用于铸造不锈钢的熔体中以喷雾形式加入石墨烯浆体，搅拌混合，铸造，热处理，即得；其中，复合材料中石墨烯质量为不锈钢质量的1％～10％。

本发明的石墨烯-不锈钢复合材料的制备方法，工艺简单，生产成本低，所得复合材料性能稳定，可用于电气设备的柜体，进而有效降低电气设备的温升。

一种上述石墨烯-不锈钢复合材料作为电气设备柜体的应用。以开关柜为例，采用上述制备方法，将石墨烯浆体以喷雾形式加入熔体后，搅拌混合，铸造成开关柜柜体半成品，热处理，即得。与常规不锈钢柜体相比，本发明的石墨烯-不锈钢复合材料柜体，在大额定电流下，可有效降低温升3～10℃，大大提高了大型电气设备运行的安全性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1