CN107545950B - 一种电力导电材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力导电材料，该电力导电材料由以下重量份原材料制成：石墨10份‑12份、质量分数1％的硫酸钠溶液50份‑80份、足量氯化钡溶液、足量无水乙醇、足量纯净水、纯度不低于99.5％的紫铜15份‑20份、纳米氧化铜粉末3份‑5份、纳米氧化锆粉末1份‑2份、纳米氧化钇粉末0.3份‑0.5份。本发明的电力导电材料常温电阻率低、普适性好、机械性能好、耐高温能力强。
Description
技术领域
本发明涉及导电材料领域，尤其涉及一种电力导电材料及其制造方法。
背景技术
电力导电材料是指有大量在电场作用下能够自由移动的带电粒子，因而能很好地传导电流的材料。包括导体材料和超导材料。在电工领域，导电材料通常指电阻率为(1.5～10)×10-8欧米的金属。其主要功能是传输电能和电信号，此外，广泛用于电磁屏蔽，制造电极、电热材料、仪器外壳等(当有电磁屏蔽和安全接地要求时)。随着科学技术的发展，其用途尚在不断增加。
但现有的导电材料一般以铜或铝材为芯、橡胶或塑料为绝缘壳，常温电阻率不稳定、环境适应能力差(易氧化、老化、折弯、断裂等)、机械性能差、基本没有耐高温能力。
因此市场上亟待一种常温电阻率低、普适性好、机械性能好、耐高温能力强的电力导电材料。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供常温电阻率低、普适性好、机械性能好、耐高温能力强的电力导电材料及其制造方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种电力导电材料，由以下重量份原材料制成：石墨10份-12份、质量分数1％的硫酸钠溶液50份-80份、足量氯化钡溶液、足量无水乙醇、足量纯净水、纯度不低于99.5％的紫铜15份-20份、纳米氧化铜粉末3份-5份、纳米氧化锆粉末1份-2份、纳米氧化钇粉末0.3份-0.5份。
一种制造电力导电材料的方法，包括以下步骤：
1)导电包衣溶液制备
①将石墨等分并制成两根直条石墨棒，并将两根直条石墨棒分别与电压为20V-22V的直流电源正负极连接；
②将步骤①获得的两根石墨棒平行插入装有质量分数1％的硫酸钠溶液的容器中，容器外通过物理手段不断对容器内溶液降温，维持温度不高于25℃，保持4h-5h至溶液成为深黑色的浊液；
③将步骤②获得的深黑色浊液加入按1∶1体积比配成的无水乙醇和纯净水的混合液中，然后以10000r/min-11000r/min离心转速进行醇水离心分离，处理时间30min-35min，去除水溶剂，保留醇溶剂；
④将步骤③重复至采用氯化钡溶液标定无硫酸钠残余，则获得导电包衣溶液；
2)芯材制备
①将紫铜制成直径0.5mm-0.8mm的铜丝，为原铜丝；
②将原铜丝进行电抛光处理，获得表面活化铜丝；
③将表面活化铜丝以7支一股编织成芯材；
3)导电体成型
①将2)中步骤③获得的芯材浸入导电包衣溶液中，浸入时间8s-10s；
②取出芯材，放至温度50℃-58℃的烘箱内至干燥；
③重复步骤①-②至芯材表面出现肉眼可见晶体膜，获得导电体；
4)导电材料成型
①采用超音速火焰喷涂以纳米氧化钇为内层、纳米氧化铜为中层、纳米氧化锆为外层在3)中步骤③获得的导电体表面进行喷涂，获得厚度分别为1μm-3μm的纳米氧化钇层、8μm-12μm的纳米氧化铜层及3μm-5μm的纳米氧化锆层；
②放置在真空环境下自然冷却，即获得所需电力导电材料。
与现有技术相比较，由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：由于采用了电化学制备工艺，获得作为导电材料和骨架支撑填充在每股铜丝中的墨烯膜，由于石墨烯是现有已知材料中比强和韧性最好的材料，同时也是电的优良导体，因此在本发明中起到不影响导电性能的情况下提供足够的强度支撑及抗破损能力的作用，同时由于石墨烯的电学特性，可以明显减少紊流的发生，提升输电的质量，减少电涌，再然后由于其优良的磁学性能(特别是对高周波磁场具有极好适应性，同时能引导磁力线的方向)，可以在很大重度上规避散乱磁场对本发明电学性能的影响，同时使本发明的韧性和拉伸比大大提高，除此之外，石墨烯还有高导热的特点，可以提升本发明的散热性能，保持性能稳定。另一方面是由于采用了电抛光(通过低电压大电流去除铜丝的表面层，并活化其表面，常规技术中用于去除钝化膜或去除锈蚀)使铜丝表面能大大增加，因此与石墨烯的亲和性非常好，使本发明石墨烯层更易在铜丝外表面(即芯材间隙中及外表面)附着且贴合紧密；作为绝缘外层的三层结构各有功用，其中氧化钇是极优良的微波用磁性材料在本发明中起到磁屏蔽罩及规律导磁作用，氧化铜与基体的铜材亲和，增加结合力，同时在遇酸时起到优先牺牲的作用，保护本发明的核心性能，氧化锆具有优良的抗腐蚀性和耐磨性，可以从根本上提升本发明的抗腐蚀性能和耐磨性能，提高本发明的使用寿命；由于采用的超音速火焰喷涂工艺，因此各纳米粉末与基体的结合强度均远高于一般电镀或涂装；本发明最终获得的五种组成均极耐高温，可适应不高于900℃的常态温度，因此本发明除了适用于常规导体，还适用于需要耐特高温的极端环境；工艺设计合理，步骤简短易实现，采用较粗放的方式制取的石墨烯不同于高精生产的电学或光学需求石墨烯，其质地相对粗糙、散乱，且不是单层结构，但本发明所需的强度、韧性、传热、抗撕裂等性能完全能得到满足，成本大大低于高精石墨烯。
具体实施方式
实施例1
一种电力导电材料，由以下重量份原材料制成：石墨11份、质量分数1％的硫酸钠溶液60份、足量氯化钡溶液、足量无水乙醇、足量纯净水、纯度不低于99.9％的紫铜18份、纳米氧化铜粉末4份、纳米氧化锆粉末1.5份、纳米氧化钇粉末0.4份。
一种制造电力导电材料的方法，包括以下步骤：
1)导电包衣溶液制备
①将石墨等分并制成两根直条石墨棒，并将两根直条石墨棒分别与电压为21V的直流电源正负极连接；
②将步骤①获得的两根石墨棒平行插入装有质量分数1％的硫酸钠溶液的容器中，容器外通过物理手段不断对容器内溶液降温，维持温度20℃，保持4.5h至溶液成为深黑色的浊液；
③将步骤②获得的深黑色浊液加入按1∶1体积比配成的无水乙醇和纯净水的混合液中，然后以10500r/min离心转速进行醇水离心分离，处理时间32min，去除水溶剂，保留醇溶剂；
④将步骤③重复至采用氯化钡溶液标定无硫酸钠残余，则获得导电包衣溶液；
2)芯材制备
①将紫铜制成直径0.5mm的铜丝，为原铜丝；
②将原铜丝进行电抛光处理，获得表面活化铜丝；
③将表面活化铜丝以7支一股编织成芯材；
3)导电体成型
①将2)中步骤③获得的芯材浸入导电包衣溶液中，浸入时间9s；
②取出芯材，放至温度55℃的烘箱内至干燥；
③重复步骤①-②至芯材表面出现肉眼可见晶体膜，获得导电体；
4)导电材料成型
①采用超音速火焰喷涂以纳米氧化钇为内层、纳米氧化铜为中层、纳米氧化锆为外层在3)中步骤③获得的导电体表面进行喷涂，获得厚度分别为2μm的纳米氧化钇层、10μm的纳米氧化铜层及4μm的纳米氧化锆层；
②放置在真空环境下自然冷却，即获得所需电力导电材料。
实施例2
整体与实施例1一致，差异之处在于：
一种电力导电材料，由以下重量份原材料制成：石墨10份、质量分数1％的硫酸钠溶液80份、足量氯化钡溶液、足量无水乙醇、足量纯净水、纯度99.5％的紫铜15份、纳米氧化铜粉末5份、纳米氧化锆粉末1份、纳米氧化钇粉末0.5份。
一种制造电力导电材料的方法，包括以下步骤：
1)导电包衣溶液制备
①将石墨等分并制成两根直条石墨棒，并将两根直条石墨棒分别与电压为20V的直流电源正负极连接；
②将步骤①获得的两根石墨棒平行插入装有质量分数1％的硫酸钠溶液的容器中，容器外通过物理手段不断对容器内溶液降温，维持温度25℃，保持4h至溶液成为深黑色的浊液；
③将步骤②获得的深黑色浊液加入按1∶1体积比配成的无水乙醇和纯净水的混合液中，然后以10000r/min离心转速进行醇水离心分离，处理时间30min，去除水溶剂，保留醇溶剂；
2)芯材制备
①将紫铜制成直径0.5mm的铜丝，为原铜丝；
3)导电体成型
①将2)中步骤③获得的芯材浸入导电包衣溶液中，浸入时间8s；
②取出芯材，放至温度50℃的烘箱内至干燥；
实施例3
整体与实施例1一致，差异之处在于：
一种电力导电材料，由以下重量份原材料制成：石墨12份、质量分数1％的硫酸钠溶液50份、足量氯化钡溶液、足量无水乙醇、足量纯净水、纯度99.8％的紫铜20份、纳米氧化铜粉末3份、纳米氧化锆粉末2份、纳米氧化钇粉末0.3份。
一种制造电力导电材料的方法，包括以下步骤：
1)导电包衣溶液制备
①将石墨等分并制成两根直条石墨棒，并将两根直条石墨棒分别与电压为22V的直流电源正负极连接；
②将步骤①获得的两根石墨棒平行插入装有质量分数1％的硫酸钠溶液的容器中，容器外通过物理手段不断对容器内溶液降温，维持温度15℃，保持5h至溶液成为深黑色的浊液；
③将步骤②获得的深黑色浊液加入按1∶1体积比配成的无水乙醇和纯净水的混合液中，然后以11000r/min离心转速进行醇水离心分离，处理时间35min，去除水溶剂，保留醇溶剂；
2)芯材制备
①将紫铜制成直径0.8mm的铜丝，为原铜丝；
3)导电体成型
①将2)中步骤③获得的芯材浸入导电包衣溶液中，浸入时间10s；
②取出芯材，放至温度58℃的烘箱内至干燥；
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (1)
1.一种电力导电材料，其特征在于由以下重量份原材料制成：石墨10份-12份、质量分数1％的硫酸钠溶液50份-80份、足量氯化钡溶液、足量无水乙醇、足量纯净水、纯度不低于99.5％的紫铜15份-20份、纳米氧化铜粉末3份-5份、纳米氧化锆粉末1份-2份、纳米氧化钇粉末0.3份-0.5份；
上述电力导电材料的制备方法，包括以下步骤：
1)导电包衣溶液制备
①将石墨等分并制成两根直条石墨棒，并将两根直条石墨棒分别与电压为20V-22V的直流电源正负极连接；
②将步骤①获得的两根石墨棒平行插入装有质量分数1％的硫酸钠溶液的容器中，容器外通过物理手段不断对容器内溶液降温，维持温度不高于25℃，保持4h-5h至溶液成为深黑色的浊液；
③将步骤②获得的深黑色浊液加入按1∶1体积比配成的无水乙醇和纯净水的混合液中，然后以10000r/min-11000r/min离心转速进行醇水离心分离，处理时间30min-35min，去除水溶剂，保留醇溶剂；
④将步骤③重复至采用氯化钡溶液标定无硫酸钠残余，则获得导电包衣溶液；
2)芯材制备
①将紫铜制成直径0.5mm-0.8mm的铜丝，为原铜丝；
②将原铜丝进行电抛光处理，获得表面活化铜丝；
③将表面活化铜丝以7支一股编织成芯材；
3)导电体成型
①将2)中步骤③获得的芯材浸入导电包衣溶液中，浸入时间8s-10s；
②取出芯材，放至温度50℃-58℃的烘箱内至干燥；
③重复步骤①-②至芯材表面出现肉眼可见晶体膜，获得导电体；
4)导电材料成型
①采用超音速火焰喷涂以纳米氧化钇为内层、纳米氧化铜为中层、纳米氧化锆为外层在3)中步骤③获得的导电体表面进行喷涂，获得厚度分别为1μm-3μm的纳米氧化钇层、8μm-12μm的纳米氧化铜层及3μm-5μm的纳米氧化锆层；
②放置在真空环境下自然冷却，即获得所需电力导电材料。
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