[发明专利]一种石墨烯/铜铌多芯复合线材的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯/铜铌多芯复合线材的制备方法，该方法包括：一、将铜屑和铌粉高能球磨得到细化粉末；二、将细化粉末装入无氧铜管中得到装管复合体；三、将装管复合体拉拔后热处理；四、将热处理后的装管复合体拉拔得到单芯复合线材；五、将单芯复合线材一次复合成型制成7芯复合线材；六、将7芯复合线材二次复合成型制成7²芯复合线材；七、将7²芯复合线材三次复合成型制成7³芯复合线材；八、将7³芯复合线材装入涂覆有石墨烯的铌管，经热处理和拉拔制成石墨烯/铜铌复合线材；九、石墨烯/铜铌复合线材经装管、封焊、热挤压和拉拔制成石墨烯/铜铌多芯复合线材，本发明中的石墨烯均匀分布在多芯复合线材中，提高了线材的强度和导电性能。

技术领域

本发明属于高温超导技术领域，具体涉及一种石墨烯/铜铌多芯复合线材的制备方法。

背景技术

高强高导铜合金因兼具有超高的强度和优良的导电率，在高脉冲磁场导体领域有着广泛的应用。目前国内外已经开发的高强高导铜合金主要有：Cu/Nb-Ag、Cu/Nb-Cu、Cu-Ag、Cu-Nb和Cu-Ta，其中Cu-Nb合金因抗拉强度和导电率匹配较好，制备工艺简单，成本较低成为高脉冲磁场材料的首选。

石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，其断裂强度比最好的钢材还要高200倍。石墨烯还具有较强的弹性性能，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％；其电阻率比铜或银更低，具有优异的导电性能。

目前，Cu/Nb复合材料主要用于脉冲磁体的导体材料，将来有望应用于大电流传输导线及电磁武器，这对Cu/Nb复合材料的性能提出了很高的要求。传统的Cu/Nb复合线材结构是以铜为基体，Nb芯丝为增强体，采用集束拉拔技术，通过多次复合及热处理技术制备而成。采用该方法制备的Cu/Nb线材无法再次复合，已经接近理论上的极限，强度一般维持在800MPa～900MPa之间，而脉冲磁体及电磁武器的突破需要线材的强度在1GPa以上，甚至更高。目前，将石墨烯掺杂到铜基复合线材、促进芯材尺寸进一步细化及Cu/Nb界面增多来提升Cu/Nb复合的线材性能成为研究热点。申请公布号为CN106448799A的发明专利中公开了一种石墨烯增强铜铌多芯复合线材的制备方法，先将石墨烯粉、铌粉和铜粉混合处理，得到石墨烯增强的铌铜复合粉，然后通过装管、拉拔和复合成型得到强度较大、延展性好和导电性强的铜铌多芯复合线材；该发明将石墨烯粉作为装管粉末制备线材，石墨烯在线材中分布不够均匀，容易结团，不易形成层状结构，影响了铜铌多芯复合线材的强度和导电性能的进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种石墨烯/铜铌多芯复合线材的制备方法。该方法将石墨烯熔融液涂覆在铌管外壁，凝固后形成均匀稳定的石墨烯分散层，再结合热处理、拉拔和热挤压等工艺制备石墨烯/铜铌复合线材，该复合线材具有强度高和导电性能强的特点，并且该方法灵活方便，适用于制备多种形状和尺寸的多芯复合线材。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种石墨烯/铜铌多芯复合线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将铜屑和铌粉混合均匀后进行高能球磨，得到细化粉末；所述铜屑和铌粉的质量之比为1:1；所述铌粉的纯度为99.99％；

步骤二、将步骤一中得到的细化粉末装入第一无氧铜管中，然后将第一无氧铜管的两端进行密封，得到装管复合体；所述细化粉末的装入量为装管复合体质量的10％～60％；

步骤三、将步骤二中得到的装管复合体进行多道次第一拉拔，然后进行热处理；所述第一拉拔的道次加工率小于10％；

步骤四、将步骤三中热处理后的装管复合体进行多道次第二拉拔，得到单芯复合线材；所述第二拉拔的道次加工率小于15％；