[发明专利]石墨烯铜线及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯铜线及其制备方法，采用少层氧化石墨烯粉及无氧铜粉作为原材料，制备混合粉体，通过低温热压烧结，制备石墨烯铜烧结坯体，通过添加辅助材料进行真空熔炼后，制备体积含量为99.99％以上的石墨烯铜合金，且通过对石墨烯铜线的退火处理，可实现对石墨烯铜线的改性，以使石墨烯与铜晶格进行重新再排列连接，制备高导电率及高导热的石墨烯铜线。本发明的石墨烯铜线在导热性能上，可使导热系数提高至500W/m·K～600W/m·K，以提高对电子元件所产生的热量的传导能力，同时，在导电率特性上，可使体积电阻率降低5％～20％，导电率百分值提升至102％～120％。

技术领域

本发明属于复合金属材料领域，特别是涉及一种石墨烯铜线及其制备方法。

背景技术

铜线在过去两个世纪以来，基于其相对低廉的成本与优异的导电性质，使得铜线几乎主宰了所有电子电机相关产业。

目前，为了提高铜线的导电率，当前的解决方案主要包括:单晶铜线、铜纳米碳管合金线、石墨烯镀铜合金线、银铜合金线与石墨烯铜合金线。但是，现有的上述铜线材料，基本无法超越银的导电率，并且有其他的缺陷。例如，单晶铜线与银铜合金线的电导率百分值上限约为105％，铜纳米碳管合金线制备成本过高。

因此，提供一种石墨烯铜线及其制备方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨烯铜线及其制备方法，用于解决现有技术中铜线导电率低、制备成本高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种石墨烯铜线的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯粉与无氧铜粉进行球磨处理，制备混合粉体；

将混和粉体进行热压烧结，使氧化石墨烯粉还原并与无氧铜粉结合，制备石墨烯铜烧结坯体；

将石墨烯铜烧结坯体置于真空熔炼炉中，并添加辅助材料，进行真空熔炼，制备石墨烯铜合金；

在真空熔炼炉尾端设置眼模，将石墨烯铜合金转化为石墨烯铜母线；

将石墨烯铜母线穿过高频加热器，并通过眼模形成石墨烯铜线；

将石墨烯铜线进行退火处理，并进行收卷。

可选地，氧化石墨烯粉的体积含量小于1500PPM，且氧化石墨烯粉的层数为5层以下，无氧铜粉为氧体积含量小于20PPM的无氧铜粉。

可选地，热压烧结包括SPS烧结，且SPS烧结温度为650℃～850℃。

可选地，进行真空熔炼时，采用氩气保护熔体液面，且采用机械搅拌方式对合金熔体进行搅拌，真空熔炼温度为900℃～1200℃，制备的石墨烯铜合金中铜的体积含量为99.99％以上。

可选地，辅助材料包括固溶材料、稀有材料、稀贵金属材料中的一种组合，且添加的任一辅助材料的体积含量小于30PPM。

可选地，辅助材料包括Ag、Fe、Ni、Cr、Ho、Pb、Ca、Cl、Al、Mg、Na、Rh、Mn、Si、B、P、S、Zn、Sn、As及Mo中的一种或组合。

可选地，石墨烯铜母线的线径包括8mm或2.6mm，石墨烯铜线的线径包括0.6mm～0.015mm。

可选地，退火处理采用分步退火工艺，退火处理的温度为420℃～650℃。

可选地，退火处理时，生产的线速为0.5m/s～2m/s，且在自然冷却后进行收卷。

本发明还提供一种石墨烯铜线，石墨烯铜线中石墨烯的体积含量为0.001％～0.0015％，铜的体积含量为99.996％～99.997％。