[发明专利]定向石墨烯合金复合材料的制备方法及其制备装置

权利要求书

1.一种定向石墨烯合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按质量百分比称取石墨烯、炭黑和金属，恒温真空熔炼，混匀石墨烯和金属；

(2)将步骤(1)制得的熔炼混匀的石墨烯合金熔体经磁场调节，熔体内部石墨烯定向排布，磁场调节的过程中，将熔体冷却包覆金属丝，磁场方向与金属丝轴向平行；

(3)将包裹石墨烯合金的金属丝通过拉伸模具拉出，将拉出的石墨烯合金导线进行淬火，冷却后制得所述定向石墨烯合金复合材料。

2.根据权利要求1所述的定向石墨烯合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属包括锡、铬、钴、铂、钨、锆和铝。

3.根据权利要求2所述的定向石墨烯合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中石墨烯、炭黑和金属的质量百分比为，石墨烯为1.0wt％～5.0wt％，炭黑为0.9wt％～1.5wt％，锡为1.3wt％～2.2wt％、铬为0.7wt％～1.6wt％、钴为0.5wt％～3.5wt％、铂为0.2wt％～0.6wt％、钨为0.8wt％～1.8wt％、锆为0.5wt％～0.9wt％，余量为铝，以上组分质量百分比之和为100％。

4.根据权利要求3所述的定向石墨烯合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中恒温真空熔炼过程，恒温温度为790～850℃，真空度为0.1～1.0Pa，熔炼时间3～6h，步骤(2)中冷却温度为430～470℃；步骤(3)中淬火温度为120～160℃，淬火时间为1h。

5.根据权利要求3所述的定向石墨烯合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中磁场强度为0.5～5T。

6.根据权利要求1-5任一项所述的定向石墨烯合金复合材料的制备方法，其特征在于，将石墨烯、炭黑和金属加入配套加工装置，真空条件下高温熔炼，搅拌混匀后，在出料管道对石墨烯铝合金熔体进行降温冷却、包裹在金属丝表面，在冷却过程中受定向磁场调节，将包裹冷却熔体的金属丝通过拉伸模具拉出，制得所述高导电复合材料。

7.一种定向石墨烯合金复合材料的制备装置，其特征在于，包括混合部、出料部、包裹部和拉伸部；

所述混合部包括高温熔炼炉(1)，高温熔炼炉(1)与真空泵(2)连通；高温熔炼炉(1)内部设有熔炼坩埚(6)，熔炼坩埚(6)外周设有发热体(7)，内部插有搅拌器(5)；搅拌器(5)通过传动轴(4)与搅拌电机(3)连接，搅拌电机(3)位于高温熔炼炉(1)顶部中心；

所述出料部位于混合部下方，包括出料管道(17)、阀门(9)和保温层(10)，出料管道(17)为弯折管道，一端为垂直管道，一端为水平管道；出料管道(17)的垂直管道端与熔炼坩埚(6)底部连通，连接处设置有阀门(9)；出料管道(17)的水平管道端与包裹部的管道(19)配合连通；出料管道(17)外周包裹有保温层(10)；

所述包裹部包括一端与出料管道(17)连通的管道(19)，管道(19)另一端与拉伸部的拉伸模具(13)连通，管道(19)外侧缠绕有感应线圈(11)；管道(19)与出料管道(17)的连接处开有金属丝进口(20)，金属丝进口(20)与拉伸模具(13)之间的管道(19)的外壁紧密贴合有环状水冷管(12)，环状水冷管(12)位于感应线圈(11)和管道(19)之间；在金属丝进口(20)处的管道(19)内部设有不锈钢滑轮(18)，不锈钢滑轮(18)与环状水冷管(12)位于金属丝进口(20)的同侧，不锈钢滑轮(18)外周的上缘与管道(19)中轴线相切；

所述拉伸部包括拉伸模具(13)和导电线拉伸盘轴(15)，拉伸模具(13)的物料孔道与管道(19)同轴连接，导电线拉伸盘轴(15)下方设有淬火装置(21)。

8.根据权利要求7所述的定向石墨烯合金复合材料的制备装置，其特征在于，所述感应线圈(11)为中空管状，内径为50mm，内部通有冷却水；感应线圈(11)中心部位与拉伸模具(13)之间的管道(19)外侧包裹环状水冷管(12)。