[发明专利]一种石墨烯/铜复合导线的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/铜复合导线的制备方法，属于复合材料加工与制备领域。该方法包括：(1)将石墨烯和铜粉采用固相混合，得到复合粉体；(2)对复合粉体进行还原处理；(3)采用连续挤压技术制备石墨烯/铜复合材料线坯；(4)采用多道次冷拉技术制备石墨烯/铜复合导线。该方法采用连续挤压技术制备复合材料线坯实现了线坯的连续化生产，同时采用多道次拉拔技术实现了石墨烯在铜基体中的进一步分散和取向，提高了复合导线的性能。本发明制备的石墨烯/铜复合导线，在明显提高抗拉强度的同时，还兼具较高的导电性；该方法工序较少，并可实现连续化生产，生产效率高。

技术领域

本发明涉及一种复合材料导线的制备方法，具体涉及一种石墨烯/铜复合导线的制备方法，属于复合材料加工与制备领域。

背景技术

随着航天航空、机械、电子工业的发展，对具有轻质、高强度、高电导率线缆的需求越来越迫切。石墨烯的出现，为轻质、高强、高导线缆性能的提升提供了可能性。

石墨烯是一种由碳原子构成的二维纳米材料，是目前已知世界上比强度最高的纳米材料，其强度可达130GPa，是钢的100多倍；热导率可达5000W/(m·K)，是金刚石的3倍；其电阻率也仅为约10nΩ·m。与其他纳米碳材料相比，石墨烯具有较大的比表面积，与基体的接触面积大；虽然石墨烯也会因范德华力团聚，但在外力作用下可相对滑移，在较大变形过程中可实现在基体中的进一步分散和取向分布。因此，利用石墨烯的高强度和高导电性，将其与铜复合制备轻质、高强、高导线缆，将有望满足航天航空和电子信息领域对高端线缆的需求。

石墨烯/铜复合导线的制备方法包括熔融铸造法和粉末冶金法。采用熔融铸造法时，由于石墨烯和铜密度差异较大，且界面不润湿，石墨烯很难均匀的分散在铜基体中；采用粉末冶金法时，需经过热压烧结后热挤等多道工序，工艺复杂且无法实现连续制备。因此，有必要开发一种可实现连续化生产石墨烯/铜复合导线的新工艺。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出采用连续挤压+多道次拉拔制备石墨烯/铜复合导线的新方法，采用连续挤压技术可实现复合材料线坯的连续制备，采用多道次拉拔可实现石墨烯在铜基体中的进一步分散和取向，进而提高导线性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种石墨烯/铜复合导线连续制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将石墨烯和铜粉采用固相混合，得到复合粉体；

(2)对复合粉体进行还原处理；

(3)采用连续挤压技术制备石墨烯/铜复合材料线坯；

(4)采用多道次冷拉技术制备石墨烯/铜复合导线。

步骤(1)中，石墨烯的加入量小于5wt％，石墨烯的加入量优选小于3wt％；石墨烯的最低加入量优选为0.005wt％以上；更优选为0.005wt％-1wt％。

步骤(1)中，铜粉的粒径为50μm～500μm，铜粉粒径优选为200μm～400μm。

步骤(1)中，固相混合方法包括：机械式混合和气动式混合。

步骤(2)中，复合粉体还原处理方法：在氢气条件，温度为400℃～600℃下，还原处理1h～4h。

步骤(3)中，采用连续挤压机制备石墨烯/铜复合材料线坯，按照20～40g/s的速度通过振动漏斗连续加入复合粉体。

步骤(3)中，在650～750℃，挤压轮转速为5～15rpm，挤压比为10～30的条件下进行连续挤压。制得的石墨烯/铜复合材料线坯的直径为1cm～3cm。

步骤(4)中，将复合材料线坯进行多道次冷拉拔，变形率为60％～99％。制得的石墨烯/铜复合导线的直径为0.1cm～2cm。