[发明专利]一种金属基石墨烯复合线材的加工设备及工艺

说明书

本发明公开了一种金属基石墨烯复合线材的加工设备及工艺，包括：石墨烯分散液预处理容器、超声振动器、放线装置、储液槽、涂覆滚筒、拉圆毛毡、惰性气体保护烘干和冷却装置、收线装置；经石墨烯分散液预处理、放线、线材表面涂覆石墨烯和后处理、收线工序制备金属基石墨烯复合线材，该装置简单易行、加工工艺简单，适用于各种金属及合金线材，可连续化大规模生产，获得的金属基石墨烯复合线材导电率高、耐腐蚀性强和导热性好。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别是一种金属基石墨烯复合线材的加工设备及工艺。

背景技术

金属线材在工业和日常生活领域应用广泛，如输变电线缆用铜线材或铝线材、电脑和手机等消费类电子产品用铜及铜合金线材、各类电机用铜或铝电磁线、各类钢丝绳用钢丝、真空电子元器件用镍丝、线切割用钼丝等。铜导电率高，一般用作导电、信号传输或散热材料如电机用电磁线，电机工作时由于电磁感应及涡流效应，产生大量热量如不及时散出，造成电机烧坏，高温下铜易氧化腐蚀。如：长距离高压电输送用架空导线一般采用钢芯铝合金裸线缆，不用绝缘层包覆，由于电压极高，即使包覆绝缘层也会被击穿，极易老化失效；而且包覆绝缘层不利于散热，增加成本和重量。由于铝导电率低，输电过程中功率损失大，没有绝缘层保护的裸钢芯铝导线在自然环境中被氧化和腐蚀，耐腐蚀性能差。另外电子元器件用镍丝存在导电率低等问题。

石墨烯(Graphene)是由碳原子按照六边形排列连接而成的二维薄膜材料，单层石墨烯只有一个碳原子的厚度即0.335nm，其拉伸强度和弹性模量可达125GPa和1.1TPa，结构稳定，耐腐蚀，耐氧化，电子迁移率可达到2×10⁵cm²/V·s，约为硅中电子迁移率的140倍，电导率可达100MS/m，大于纯铜的58MS/m，比表面积大(2630m²/g)，热导率(室温下5000W·m^-1·K^-1)是硅的36倍，是铜(室温下401W·m·K)的十倍多，具有优异散热性能，且石墨烯只吸收2.3％的光，具有良好的透光性。

涂覆石墨烯能提高散热性、线材耐腐蚀性和耐氧化性，从而大幅度提高电机性能。但石墨烯是非金属，与金属表面结合难度大、结合力低，现有技术通过气相沉积或涂覆氧化石墨烯再还原制备石墨烯。其中，气相沉积法成本高，只能在实验室使用，尚不具备大规模生产条件，且石墨烯层与金属表面结合力仍很低；氧化石墨烯还原法工艺复杂，需先涂覆氧化石墨烯，再用加热法或化学法还原成石墨烯，难以全部还原，残留有大量功能团，严重影响石墨烯性能。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种金属基石墨烯复合线材的加工设备及工艺，该装置简单易行，适用于各种金属及合金线材，可连续化大规模生产，不需要真空等工作环境，也不需要还原氧化石墨烯，制备的金属基石墨烯复合线材导电率高、耐腐蚀性强和导热性好。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种金属基石墨烯复合线材的加工设备，包括：石墨烯分散液预处理容器、超声振动器、放线装置、储液槽、涂覆滚筒、拉圆毛毡、惰性气体保护烘干和冷却装置和收线装置；其中，

所述石墨烯分散液预处理容器置于所述超声振动器上方或内部，用于超声分散石墨烯分散液；

所述涂覆滚筒外表面均匀分布有周向凹槽，且所述涂覆滚筒轴线以下浸渍于所述储液槽内的石墨烯分散液中，金属线材可绕所述周向凹槽转动。

进一步地，上述金属基石墨烯复合线材的加工设备还包括定量泵、惰性气体保护在线退火装置和金属线材表面预处理装置；其中，

所述定量泵进口端与所述石墨烯分散液预处理容器连接，出口端与所述储液槽连接；

所述惰性气体保护在线退火装置包括若干根通过电阻或电磁感应加热的退火管，所述退火管为耐高温不锈钢管或陶瓷管，惰性气体可沿正向或逆向流动；