[发明专利]一种卷绕法制备金属/碳复合导线的方法

说明书

一种卷绕法制备金属/碳复合导线的方法，首先制备由金属箔、碳膜及金属丝形成的卷绕组合体；其次将组合体碾压结实，装入与之直径匹配的金属管中，添加堵头后对两端进行焊接密封；最后经过热处理、拉拔等工艺制得新型金属/碳复合导线。本发明通过直接拉拔由卷绕法金属箔/碳膜形成的复合棒材，快速实现轻量化复合导线的制备；所获得的新型复合导线，在电传输及航空航天领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种金属/碳复合导线的制备方法。

背景技术

金属及其合金是目前应用最为广泛的电工材料。随着社会和科技的发展，电力电子逐渐向轻量化发展，尤其是在卫星探测、航空航天等领域，对导线的重量提出更高的要求。碳材料具有质量轻、密度小的优点。而新型的碳材料中石墨烯/碳纳米管等具有许多非常优异的性能，是非常好的增强相。因此，将金属与碳复合，开发出质轻金属/碳复合导线，对实现设备及器件的轻量化具有重大意义。

金属/碳复合导线的制备通常以金属为主体，碳为增强相，利用粉末冶金、热压烧结、液相渗透等制备工艺成型后，再经过锻造、轧制、拉拔等加工工艺形成丝材。但是这种制备工艺复杂、成本高，并且复合材料中碳的含量少、分布不均匀。另一类金属/碳复合导线的制备以碳纤维为主体，通过电沉积的方式形成复合导线，这类导线虽然能够满足质轻的要求，但是由于金属与碳的界面问题，使得镀层易脱落，严重影响复合导线的实际应用。因此，开发新的研究思路和制备工艺是当前十分迫切的任务。受超导线制备工艺的启发，以金属箔和碳膜为基础开发新型金属/碳复合导线的制备工艺技术，是获得轻量化复合导线的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提一种卷绕法制备金属/碳复合导线的方法。本发明可以简化金属/碳复合导线的制备流程，增大碳的有效添加量、降低复合导线的密度，形成具有螺旋结构的新型金属/碳复合导线。

本发明卷绕法制备金属/碳复合导线的方法包括以下步骤：

1、制备由金属箔、碳和金属丝形成的卷绕组合体；

2、将卷绕组合体装入与其直径相匹配的金属管中，并对金属管的两端密封，得到金属/碳复合棒；

3、对金属/碳复合棒进行高温处理，得到金属/碳复合棒材；

4、对所述的金属/碳复合棒材进行多次拉拔，制得成品金属/碳复合导线。

进一步地，所述步骤1具体如下：

1)将金属箔的一端与金属丝焊接固定；

2)将碳膜平铺在一端与金属丝固定的金属箔上；

3)转动与金属箔连接的金属丝，沿金属丝转动的方向，将铺有碳膜的金属箔卷绕在金属丝上，然后利用压实模具挤压碳膜、金属箔和金属丝，使三者紧密贴合，制成卷绕组合体。

进一步地，所述步骤1中，金属箔为纯金属箔或合金箔；碳膜为碳纳米管膜或碳纤维膜或氧化石墨烯膜或石墨烯膜或石墨纸。

进一步地，所述步骤1中，金属箔和碳膜的宽度均为40-250mm，所述的卷绕组合体的直径为4-50mm。

进一步地，所述步骤1中，金属丝的直径为0.5-5mm，长度为60-300mm。

进一步地，所述步骤2中，金属管的内径为4-50mm，壁厚为0.2-5mm。

进一步地，所述步骤3的高温热处理过程处于惰性气体和氢气气氛下，处理温度为低于金属箔熔点温度～100℃，保温时间为10-60min，即制得金属/碳复合棒材，经过高温热处理之后，形成的复合棒材变软，可加工性增强。

进一步地，所述步骤4中，采用拉拔或辊轧的方法将可加工性增强的复合棒材加工成线材，拉拔或辊轧的工艺道次根据线材的直径决定。