[发明专利]一种Cu/C复合线材的制备方法

说明书

本发明提供了一种Cu/C复合线材的制备方法，该方法为：一、将无氧铜块体置于真空感应炉中进行高温熔炼；二、将高温铜液体缓慢均匀浇筑到装有氧化石墨烯胶体的坩埚中，水浴冷却形成圆柱形Cu/C合金锭；三、将Cu/C合金锭抛光酸洗后置于无氧铜包套中，进行热挤压，得到Cu/C合金棒材；四、结合热处理技术对Cu/C合金棒材进行塑性拉拔加工，最后得到Cu/C复合线材。本发明制备出的Cu/C线材，微观组织分布均匀，兼具了石墨烯高强度和高电导的优异特性，显著提高了铜线材的导电性和强度，克服了传统Cu/C复合材料中，Cu/C之间不扩散，不结合，界面强度弱，强度不高的特点，并大大缩短了加工周期，节约了成本。

技术领域

本发明属于复合线材制备技术领域，具体涉及一种Cu/C复合线材的制备方法。

背景技术

高强高导铜基复合材料是集优良物理性能和力学性能为一身的有色金属材料，其中形变铜基复合材料是高强高导铜合金的研究热点和发展方向之一，如Cu/Nb-Ag、Cu/Nb-Cu、Cu-Ag、Cu/Nb(卷绕法)以及Cu-Ta等复合材料相继被研究和制备出来，被广泛地用于高脉冲磁场导体材料、转换开关、电接触器、大电流传输导线及电磁武器等。随着铜基复合材料应用领域地不断拓宽及其需求量的迅速增长，对高强高导Cu基复合材料性能要求会越来越高。

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。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％，另外电阻率比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料，被人们称为“黑金”，是“新材料之王”，科学甚至预研将彻底改变21世纪。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术产业革命。

目前Cu/C复合材料的制备技术主要有粉末合金法，铜箔和石墨烯膜叠加轧制法，还有石墨烯粉末装入铜管的套管工艺方法等，这些工艺方法都相应的制备出了Cu/C复合材料，但由于铜和碳之间很难形成界面，也不扩散，界面结合强度较弱，在塑形加工过程中，铜和碳变形不协调，同步，导致线材芯丝扭曲，受力不均匀，易断裂，影响线材性能。

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，提供了一种Cu/C复合线材的制备方法。该制备方法可使铜和碳之间形成良好的界面，也易于扩散，通过将高温铜液体浇注在多孔膨松态的氧化石墨烯胶体中，高温的铜液体将多孔膨松态的氧化石墨烯胶体中的水分挥发，并使得氧化石墨烯还原成石墨烯，冷却后得到铜与石墨烯混合均匀的Cu/C合金锭，该Cu/C合金锭装填到无氧铜包套经热挤压和拉拔制得铜碳变形均匀，线材的芯丝无扭曲，高强且高导电的Cu/C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Cu/C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、将无氧铜块体置于真空感应炉中进行高温熔炼，得到高温铜液体；

步骤二、将步骤一中得到的高温铜液体缓慢均匀浇筑到装有多孔膨松态的氧化石墨烯胶体的坩埚中，水浴冷却后得到圆柱形Cu/C合金锭，Cu/C合金锭的直径为60mm；多孔膨松态的氧化石墨烯胶体由氧化石墨烯溶液加热至熔融态和粘稠态得到；

步骤三、抛光酸洗步骤二中得到的合金锭，然后置于无氧铜包套中，进行热挤压，得到Cu/C合金棒材；所述无氧铜包套的外径为65mm，壁厚为3mm；

步骤四、对步骤三中得到的Cu/C合金棒材进行拉拔，拉拔过程中当所述Cu/C合金棒材的直径拉拔至8mm～9mm时，进行一次退火热处理，当所述Cu/C合金棒材的直径拉拔至5mm～6mm时，再进行一次退火热处理，最后得到Cu/C复合线材。

上述的一种Cu/C复合线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无氧铜块体中铜的质量含量不小于99.95％，步骤三中无氧铜包套中铜的质量含量不小于99.95％。