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Abstract

本发明提供一种具有绝缘层的铜导线，其特征在于，包括：用于导电的铜芯；包覆在所述铜芯表面的铜铝化合物层以及包覆在铜铝化合物层外表面的氧化铝陶瓷层，其中，铜铝化合物层由CuAl、CuAl2和Cu9Al4的混合物组成，铜铝化合物层的厚度为0.5～10μm，氧化铝陶瓷层的厚度为20～99μm。本发明提供一种制备上述具有绝缘层的铜导线的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，助镀剂处理；步骤B，热浸镀处理；步骤C，微弧氧化处理。在本发明所涉及的具有绝缘层的铜导线中，绝缘层与基体的结合强度超过40MPa，绝缘层耐热性良好，可以在500℃的高温下安全工作。本发明提供的制备具有绝缘层的铜导线的方法，工艺简单，制备成本低。

Description

具有绝缘层的铜导线及其制备方法
技术领域
本发明涉及输电导线及其制备，尤其是一种具有绝缘层的铜导线及其制备方法。
背景技术
目前，普通的铜输电导线基本上都是使用塑料或者橡胶类材料作为绝缘层的，这些绝缘材料使用温度不能超过200℃。高温下使用的导线一般都采用无机非金属材料来制作绝缘层，但是这样的绝缘层不仅制造方法复杂，制造成本高，而且无机非金属与铜的性能差异很大，还会导致绝缘层很难与铜基体结合，容易脱落。
发明内容
本课题是针对上述问题进行的，目的在于提供一种具有耐高温并与基体结合性好的绝缘层的铜导线及其制备方法。
本发明为实现上述目的，采用了以下的技术方案。
本发明提供一种具有绝缘层的铜导线，其特征在于，包括：用于导电的铜芯；包覆在铜芯表面的铜铝化合物层；以及包覆在铜铝化合物层外表面的氧化铝陶瓷层，其中，铜铝化合物层由CuAl、CuAl2以及Cu9Al4的混合物组成，铜铝化合物层的厚度为0.5～10μm，氧化铝陶瓷层的厚度为20～99μm。
进一步，本发明还提供一种制备上述具有绝缘层的铜导线的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，助镀剂处理：用纯净水配置Li2SiF6溶液，作为助镀剂，其中，纯净水和Li2SiF6的质量比为5:1，在60～80℃下，将铜芯放置在助镀剂中，3min后将铜芯取出烘干，得到助镀剂处理铜芯；步骤B，热浸镀处理：将助镀剂处理铜芯浸入700～720℃的铝熔液中，10～20s后取出，得到铜铝复合导线；步骤C，微弧氧化处理：在纯净水中加入Na2SiO3和Na2B4O7，配置电解液，其中，纯净水、Na2SiO3以及Na2B4O7的质量比为1000:8:2，将电解液盛放在不锈钢槽中，将铜铝复合导线放置在电解液中，作为阳极，将不锈钢作为阴极，将阳极和阴极连接在脉冲电源上，进行5～20min的微弧氧化处理，得到具有绝缘层的铜导线，其中，脉冲电源的正向电压为400～550V，负向电压为30V，频率为400Hz，电流密度为5～30A/dm2。
本发明提供的制备具有绝缘层的铜导线的方法，还可以具有这样的特征：其中，铝熔液的温度是720℃，热浸镀处理的时间是15s。
本发明提供的制备具有绝缘层的铜导线的方法，还可以具有这样的特征：其中，微弧氧化处理的时间是10min，脉冲电源的正向电压是450V，电流密度是20A/dm2。
发明的作用与效果
在本发明所涉及的具有绝缘层的铜导线中，由于绝缘层是氧化铝陶瓷层，其耐热性好，因此绝缘层在高温条件下仍具有良好的绝缘性能，同时，氧化铝陶瓷层与铜芯之间通过铜铝化合物层结合，铜铝化合物层与铜芯之间以及铜铝化合物层与氧化铝陶瓷层之间均为冶金结合，从而能够大幅度提高绝缘层与基体的结合强度。本发明提供的制备上述铜导线的方法，采用热浸镀工艺制备铜铝化合物层和其外层的纯铝层，然后采用微弧氧化工艺将纯铝层氧化成氧化铝陶瓷层，制备工艺简单、成本低，制备时间短。
附图说明
图1是实施例中具有绝缘层的铜导线的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明提供的具有绝缘层的铜导线及其制备方法作详细阐述。
<实施例一>
具有绝缘层的铜导线制备方法一：
步骤A，助镀剂处理：在1L纯净水中加入200g Li2SiF6，搅拌使其充分溶解，制成助镀剂。
将助镀剂的温度保持在80℃，将纯铜制成的铜芯放置在助镀剂中，停留3min后取出烘干，得到助镀剂处理铜芯。
步骤B，热浸镀处理：将助镀剂处理铜芯浸入铝熔液中，铝熔液的温度保持在700℃，助镀剂处理铜芯在铝熔液中停留10s后取出烘干，制得铜铝复合导线。该铜铝复合导线由铜芯、铜芯表面的铜铝化合物层以及包覆在铜铝化合物层表面的纯铝层组成，铜铝化合物层主要由CuAl、CuAl2和Cu9Al4的混合物组成。
步骤C，微弧氧化处理：在1L纯净水中加入8g Na2SiO3和2gNa2B4O7，搅拌使其充分溶解，制成电解液。
用不锈钢槽盛放电解液，用上述铜铝复合导线作为阳极，不锈钢作为阴极，分别放置在电解液中。将阳极和阴极分别连接脉冲微弧氧化电源，脉冲电源的正向电压为400V，负向电压为30V，频率为400Hz，电流密度为5A/dm2。通电5min，进行微弧氧化处理，铜铝复合导线外层的纯铝全部被氧化成为陶瓷质的氧化铝，得到具有绝缘层的铜导线。
图1是实施例中具有绝缘层的铜导线的结构示意图。
如图1所示，铜导线10由铜芯11、铜铝化合物层12和外层的氧化铝陶瓷层13组成。铜铝化合物层12的厚度为2μm，氧化铝陶瓷层13的厚度为20μm。
采用本实施例的制备方法和工艺参数制备的铜导线10的导电率为100%IACS，氧化铝陶瓷层13的表面硬度为220HV，击穿电压为500V，可在500℃下正常工作，氧化铝陶瓷层13与基体的结合强度在40MPa以上。
<实施例二>
具有绝缘层的铜导线的制备方法二：
步骤A，助镀剂处理：在1L纯净水中加入200g Li2SiF6，搅拌使其充分溶解，制成助镀剂。
使助镀剂温度保持在70℃，将纯铜制成的铜芯放置在助镀剂中，停留3min后取出烘干，助镀剂处理起到清洁铜芯表面的作用，得到助镀剂处理铜芯。
步骤B，热浸镀处理：将助镀剂处理铜芯浸入熔融的铝熔液中，铝熔液的温度保持在720℃，停留15s后取出烘干，得到铜铝复合导线。热浸镀处理后铜芯表面形成一层铜铝化合物层，该铜铝化合物层主要由CuAl、CuAl2和Cu9Al4的混合物组成，铜铝化合物层外表面还形成了一层纯铝层。
步骤C，微弧氧化处理：在1L纯净水中加入8g Na2SiO3和2gNa2B4O7，搅拌使其充分溶解，制成微弧氧化电解液。
将电解液盛入不锈钢槽中，将铜铝复合导线放置在电解液中，作为阳极，用不锈钢作为阴极，连接脉冲微弧氧化电源，设置正向电压为450V，负向电压为30V，频率为400Hz，电流密度为20A/dm2，通电后进行10min的微弧氧化处理。铜铝化合物层表面的纯铝全部被氧化成陶瓷质的氧化铝，得到具有绝缘层的铜导线。
本实施例中制得的具有绝缘层的铜导线的结构与实施例一种的相同，本实施例制备的铜导线中铜铝化合物层的厚度为10μm，氧化铝陶瓷层的厚度为50μm。
采用本实施例的制备方法和工艺参数制备的铜导线导电率为100%IACS，绝缘层的表面硬度为220HV，击穿电压为1000V，可在500℃下正常工作，绝缘层与基体的结合强度在40MPa以上。
<实施例三>
具有绝缘层的铜导线制备方法三：
步骤A，助镀剂处理：在1L纯净水中加入200g Li2SiF6，充分溶解后制成助镀剂。
使助镀剂的温度保持在80℃，将纯铜制成的铜芯放置在助镀剂中，3min后取出烘干，得到助镀剂处理铜芯。
步骤B，热浸镀处理：将助镀剂处理铜芯浸入铝熔液中，铝熔液的温度保持在710℃，停留20s后取出烘干，获得铜铝复合导线。该铜铝复合导线由铜芯、铜芯表面的铜铝化合物层、以及最外层的纯铝层组成，铜铝化合物层由CuAl、CuAl2和Cu9Al4的混合物组成。
步骤C，微弧氧化处理：在1L纯净水中加入8g Na2SiO3和2gNa2B4O7，搅拌使其充分溶解，制成微弧氧化电解液。
用不锈钢槽盛放电解液，将上述铜铝复合导线作为阳极，不锈钢作为阴极，分别放置在电解液中。将阳极和阴极分别连接脉冲微弧氧化电源，设置正向电压500V，负向电压30V，频率400Hz，电流密度30A/dm2，进行15min的微弧氧化处理。纯铝层被氧化成陶瓷质的氧化铝层，得到具有绝缘层的铜导线。
采用本实施例的工艺参数制备的铜导线的结构与实施例一中的相同，本实施例制备的铜导线中铜铝化合物层的厚度为5μm，氧化铝陶瓷层的厚度为90μm。
本实施例制得的铜导线的导电率为100%IACS，绝缘层表面硬度为220HV，击穿电压为1400V，可使用温度达到500℃，绝缘层与基体之间的结合强度在40MPa以上。
实施例的作用与效果
实施例一～三提供的具有绝缘层的铜导线，铜芯与氧化铝陶瓷层之间形成铜铝化合物层，0.5～10μm的铜铝化合物层与其内部的铜芯之间以及与其外层的氧化铝陶瓷层之间均为冶金结合，有效地将绝缘层与基体的结合强度提高到40MPa以上，氧化铝陶瓷层的良好耐热性使得该绝缘层可以在500℃的高温下仍然具有良好的绝缘性能，该绝缘层的安全使用温度比常规塑料包套铜导线的使用温度高一倍以上。
实施例一～三提供的制备具有绝缘层的铜导线的方法，采用常规的热浸镀和微弧氧化处理即可制备出具有良好耐热性和高结合强度的绝缘层的铜导线，制备工艺简单，采用常规设备即可完成制备过程，成本低廉。对比实施例一～三可知，采用实施例二提供的工艺参数制备出的铜导线中，铜铝化合物层和氧化铝陶瓷层的厚度均达到最佳，既能使绝缘层具有足够高的击穿电压，又能保证绝缘层与基体之间具有较高的结合强度。
当然，本发明提供的具有绝缘层的铜导线及其制备方法并不仅仅限定于以上实施例中所述的内容。以上内容仅为本发明构思下的基本说明，依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
另外，本发明提供的具有绝缘层的铜导线的制备方法中，热浸镀处理的时间可以是10～20s范围内的任意值，所用铝熔液的温度还可以是700～720℃范围内的任意值，微弧氧化处理的时间还可以是5～20min内的任意值，脉冲电源的正向电压还可以是400～550V范围内的任意值，电流密度还可以是5～30A/dm2范围内的任意值，虽然制备出的铜导线的性能不如实施例二中的优越，但仍然具有耐热性良好的绝缘层，可在500℃的高温下工作，并且该绝缘层与基体的结合强度超过40MPa，能够满足高温下的应用需求。

Claims (4)

1.一种具有绝缘层的铜导线，其特征在于，包括：
用于导电的铜芯；
包覆在所述铜芯表面的铜铝化合物层；以及
包覆在所述铜铝化合物层外表面的氧化铝陶瓷层，
其中，所述铜铝化合物层由CuAl、CuAl2以及Cu9Al4的混合物组成，所述铜铝化合物层的厚度为0.5～10μm，所述氧化铝陶瓷层的厚度为20～99μm。
2.一种制备如权利要求1所述的具有绝缘层的铜导线的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，助镀剂处理：用纯净水配置Li2SiF6溶液，作为助镀剂，其中，所述纯净水和所述Li2SiF6的质量比为5:1，
在60～80℃下，将所述铜芯放置在所述助镀剂中，3min后将所述铜芯取出烘干，得到助镀剂处理铜芯；
步骤B，热浸镀处理：将所述助镀剂处理铜芯浸入700～720℃的铝熔液中，10～20s后取出烘干，得到铜铝复合导线；
步骤C，微弧氧化处理：在纯净水中加入Na2SiO3和Na2B4O7，配置电解液，其中，所述纯净水、所述Na2SiO3以及所述Na2B4O7的质量比为1000:8:2，
将所述电解液盛放在不锈钢槽中，将所述铜铝复合导线放置在所述电解液中，作为阳极，将不锈钢作为阴极，将所述阳极和所述阴极连接在脉冲电源上，进行5～20min的微弧氧化处理，得到所述具有绝缘层的铜导线，
其中，所述脉冲电源的正向电压为400～550V，负向电压为30V，频率为400Hz，电流密度为5～30A/dm2。
3.根据权利要求2所述的制备具有绝缘层的铜导线的方法，其特征在于：
其中，所述铝熔液的温度是720℃，所述热浸镀处理的时间是15s。
4.根据权利要求2所述的制备具有绝缘层的铜导线的方法，其特征在于：
其中，所述微弧氧化处理的时间是10min，所述脉冲电源的正向电压是450V，所述电流密度是20A/dm2。
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