CN106180649A - 一种铜包长碳纤维复合导体线材的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铜包长碳纤维复合导体线材的制备方法，其特征是由以下步骤组成：将长碳纤维一端通过加热铸型模孔中心固定在引杆上，另一端缠绕在坩埚上部的真空炉内，使加热铸型、感应线圈和引杆对中；在真空度＜1Pa，温度1100~1200℃下熔炼纯铜；向炉内充入氩气，使炉内外压力达到平衡；以冷却水流量为500~1500L/h，冷却水温度为20~30℃，50~150mm/min的拉坯速度制备直径8.0~12.0mm铜包长碳纤维复合导体棒坯；将铜包长碳纤维复合导体棒坯进行2~6道次室温拉拨成铜包长碳纤维复合导体线材。本发明的方法流程短、效率高，可直接生产表面光亮、质量稳定的铜包长碳纤维复合导体线材。

Description

一种铜包长碳纤维复合导体线材的制备方法

技术领域

本发明涉及复合线材制备技术领域，特别是涉及一种纯铜包长碳纤维复合导体线材的短流程制备方法。

背景技术

采用薄壁铜管制备的铜包铝复合导体线材具有重量轻、成本低等显著特点，用于电流传输能获得与纯铜导体相同的传输性能，在电力、电器、通信等领域具有巨大的发展前景和应用潜力。但是由于纯铝的抗拉强度比纯铜低，导致铜包铝复合导体的抗拉强度比纯铜导体低，在要求导体具有高导电高强度性能的应用场合难以满足使用要求，极大地限制了其进一步发展和推广应用。

长碳纤维具有强度高（抗拉强度约为2~7GPa）、密度小、导热性好等一系列优点，将长碳纤维填充于金属内部，使长碳纤维与金属实现有效复合，能够显著提高金属的抗拉强度，减轻重量，大大提升包覆长碳纤维的金属复合导体的综合性能。因此，为解决铜包铝等金属复合导体强度低的问题，开发铜包长碳纤维复合导体先进制备技术，对进一步推动金属复合导体的快速发展和广泛应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜包长碳纤维复合导体线材的制备方法，该方法流程短、效率高，可直接生产表面光亮、质量稳定的铜包长碳纤维复合导体线材。

本发明的技术方案是这样实现的：

1）将长碳纤维一端通过加热铸型模孔中心固定在引杆上，另一端缠绕在坩埚上部的真空炉内，使加热铸型、感应线圈和引杆对中；

2）在真空度＜1Pa，温度1100~1200℃下熔炼纯铜；

3）向炉内充入氩气，使炉内外压力达到平衡；

4）以冷却水流量为500~1500L/h，冷却水温度为20~30℃，50~150mm/min的拉坯速度制备出直径8.0~12.0mm铜包长碳纤维复合导体棒坯；

5）将铜包长碳纤维复合导体棒坯进行2~6道次室温拉拨成铜包长碳纤维复合导体线材。

本发明方法通过对加热铸型加热使金属铜保持液态，液态金属在长碳纤维表面浸润、附着、凝结，同时在铸型出口附近对铸件冷却，形成强烈的定向凝固条件，通过连续拉坯实现铜管与长碳纤维直接复合连铸，这种具有定向凝固组织的铜包长碳纤维复合棒坯可直接进行室温拉拔成形复合导体线材。与传统轧制、包覆等制备方法相比，本发明方法具有效率高和流程短等特点。

本发明的优点在于：

1.本发明采用复合成形铜包长碳纤维棒坯，有利于提高生产效率。

2.由于高温下长碳纤维在连铸铜管中被加热粗化，有利于提高铜与长碳纤维复合界面结合强度。

3.连铸的铜管具有定向凝固组织，其冷加工延伸变形能力显著优于各种铸造和变形组织，有利于铜包长碳纤维复合导体线材进行室温拉拔，从而大幅度缩短流程，提高生产效率和成材率，降低生产成本。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明作进一步详述。

实施例1

制备直径5.0mm的铜包长碳纤维复合导体线材。

1）将芯部为4.0mm的长碳纤维束一端通过加热铸型模孔中心固定在引杆上，另一端缠绕在坩埚上部的真空炉内，使加热铸型、感应线圈和引杆对中；

2）在真空炉内熔炼纯铜，铜金属液的温度为1180℃，真空度0.1Pa；

3）向真空炉内充入氩气保护气体，使炉内外气体压力达到平衡；

4）在冷却水流量为1500L/h，冷却水温度为20℃，以50mm/min的拉坯速度制备出直径为12.0mm的铜包长碳纤维复合导体棒坯；

5）将铜包长碳纤维复合导体棒坯进行5道次室温拉拨，最终获得直径为5.0mm的铜包长碳纤维复合导体线材。本实施例的线材冶金结合较好、表面光亮、尺寸精确。

实施例2

制备直径4.0mm的铜包长碳纤维复合导体线材。

1）将芯部为3.0mm的长碳纤维束一端通过加热铸型模孔中心固定在引杆上，另一端缠绕在坩埚上部的真空炉内，使加热铸型、感应线圈和引杆对中；

2）在真空炉内熔炼纯铜，铜金属液的温度为1150℃，真空度为0.5Pa；

3）向真空炉内充入氩气保护气体，使炉内外气体压力达到平衡；

4）在冷却水流量为1000L/h，冷却水温度为30℃，以100mm/min的拉坯速度制备出直径为10.0mm的铜包长碳纤维复合导体棒坯；

5）将铜包长碳纤维复合导体棒坯进行4道次室温拉拨，最终获得直径为4.0mm的铜包长碳纤维复合导体线材。本实施例的线材冶金结合较好、表面光亮、尺寸精确。

实施例3

制备直径3.0mm的铜包长碳纤维复合导体线材。

1）将芯部为2.0mm的长碳纤维束一端通过加热铸型模孔中心固定在引杆上，另一端缠绕在坩埚上部的真空炉内，使加热铸型、感应线圈和引杆对中；

2）在真空炉内熔炼纯铜，铜金属液的温度为1120℃，真空度为0.2Pa；

3）向真空炉内充入氩气保护气体，使炉内外气体压力达到平衡；

4）在冷却水流量为500L/h，冷却水温度为20℃，以150mm/min的拉坯速度制备出直径8.0mm的铜包长碳纤维复合导体棒坯；

5）将铜包长碳纤维复合导体棒坯进行4道次室温拉拨，最终获得直径3.0mm的铜包长碳纤维复合导体线材。本实施例的线材冶金结合较好、表面光亮、尺寸精确。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (1)

1.一种铜包长碳纤维复合导体线材的制备方法，其特征是由以下步骤组成：

1）将长碳纤维一端通过加热铸型模孔中心固定在引杆上，另一端缠绕在坩埚上部的真空炉内，使加热铸型、感应线圈和引杆对中；

2）在真空度＜1Pa，温度1100~1200℃下熔炼纯铜；

3）向炉内充入氩气，使炉内外压力达到平衡；

4）以冷却水流量为500~1500L/h，冷却水温度为20~30℃，50~150mm/min的拉坯速度制备出直径8.0~12.0mm铜包长碳纤维复合导体棒坯；

5）将铜包长碳纤维复合导体棒坯进行2~6道次室温拉拨成铜包长碳纤维复合导体线材。