CN108428491A - 电线和使用该电线的线束 - Google Patents

Abstract

电线(100)包括铝元线(1)，该铝元线(1)具有铝基材(10)和分散在铝基材(10)中的碳纳米管(30)，其中铝元线(1)具有62％IACS以上的导电性和130MPa以上的拉伸强度。铝基材(10)是具有多个铝晶粒(11)的多晶体。此外，碳纳米管导电通路(20)形成在铝基材(10)中，该碳纳米管导电通路(20)由所述碳纳米管(30)构成，并且，通过在铝基材(10)的横向截面中的多个铝晶粒(11)之间的晶粒边界(15)的一部分中存在并且沿着铝元线(1)的长度方向(L)存在，而形成使电在铝元线(1)的长度方向(L)中导通的导电通路(P)。

Description

电线和使用该电线的线束

相关申请的交叉引用

本申请基于2017年2月14日提交的日本专利申请No.2017-024842并要求其权益，该专利的全文通过引用并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种电线和一种使用该电线的线束。具体地，本发明涉及一种能够实现高导电性和强度的电线，以及一种使用该电线的线束。

背景技术

传统上，作为用于提高金属材料强度的方法，已经实施了混合金属材料和不同于金属材料的基体金属的第二金属的方法。然而，存在当金属材料与第二金属混合时金属材料的导电性大幅降低的问题。

因此，通过复合金属材料和碳纳米管(CNT)获得的碳纳米管复合材料引起了注意。碳纳米管具有高强度并且进行弹道传导(ballistic conduction)，并且因此，预期相比于金属材料的强度和导电性，其强度和导电性将加强。现在提出了各种碳纳米管复合材料。

例如，日本专利No.5683974公开了一种通过使用其中碳纳米管分散在铝材料中的复合材料获得的线材。线材具有细胞状结构，该细胞状结构包括：壁部，该壁部包含碳纳米管；以及壁的内部部分，该壁的内部部分被壁部围绕并且包含铝材料等。在该线材中，碳纳米管相对于铝材料的复合比率为0.2wt％至5wt％。

通过下列步骤获得日本专利No.5683974描述的线材。

首先，对包含铝粉末、碳纳米管、以及弹性体的混合物进行热处理，由此弹性体汽化以获得多孔体。接着，在罐中对多孔体进行等离子体烧结，并且制造坯料。进一步地，对坯料进行挤出成型，并且在500℃退火，由此获得线材。

发明内容

然而，日本专利No.5683974描述的线材具有其导电性低于铝，即，纯金属的导电性的问题。这被认为是因为氧化薄膜形成于铝粉末的每个粒子的表面而增加了线材的电阻，并且因为多孔体或者坯料中的气隙保留为线材中的空隙。此外，日本专利No.5683974中描述的线材具有汽化弹性体时生成的残留物保留在线材的表面上的问题，因此使得线材的导电性容易降低。换言之，当为了增加强度而使用碳纳米管时发生排斥现象，由此其导电性变得等于或者小于纯铝的导电性，同时，为了增加导电性，降低了强度。因此，日本专利No.5683974的线材的情形中，导电性未极大地超过纯铝的导电性，并且因此难以将线材应用为用于汽车的电线和线束。

已经鉴于传统技术的问题做出本发明。本发明的目的是提供一种电线，该电线能够展现比纯铝高的导电性并且具有等于或者高于纯铝的强度，以及提供一种使用该电线的线束。

一种根据本发明的第一实施方式的电线，包括铝元线，该铝元线具有铝基材和分散在所述铝基材中的碳纳米管，并且所述铝元线具有62％IACS以上的导电性和130MPa以上的拉伸强度。

根据本发明的第二实施方式的电线涉及根据第一实施方式的电线，并且铝基材是具有多个铝晶粒的多晶体。此外，碳纳米管导电通路形成在所述铝基材中，该碳纳米管导电通路由所述碳纳米管构成，并且，通过在所述铝基材的横向截面中的多个铝晶粒之间的晶粒边界的一部分中存在并且沿着所述铝元线的长度方向存在，而形成使电在所述铝元线的长度方向中导通的导电通路。

根据本发明第三实施方式的电线涉及根据第一或者第二实施方式的电线。在铝元线中，碳纳米管相对于铝基材的含量为0.1质量％至1.25质量％。

根据本发明第四实施方式的电线涉及第一至第三实施方式中任一项的电线，并且进一步包括用于覆盖铝元线的周缘的被覆材料，并且该被覆材料具有10⁹Ω·mm以上的体积电阻率。

根据本发明第五实施方式的线束包括根据第一至第四实施方式中任一项的电线。

关于本发明的电线，通过在铝基材中分散碳纳米管而形成导电通路。因此，能够获得导电性高于纯铝并且强度也等于或大于纯铝的电线和线束。

附图说明

图1是示意地示出根据本发明的实施方式的铝元线的一部分的透视图；

图2是示意地示出沿着图1的线A-A的截面的一部分的截面图；

图3A是用于描述制造根据本发明的实施方式的铝元线的步骤的示意图；

图3B是用于描述制造根据本发明的实施方式的铝元线的步骤的示意图；

图4是示出用扫描电子显微镜观察包含铝粉末和碳纳米管的混合粉末的结果的视图；

图5是示出生压坯形成步骤的示例的视图；

图6是示出挤出加工步骤的示例的视图；

图7是示出挤出加工步骤中使用的模具的示例的截面图；

图8是示出挤出加工步骤中使用的模具的另一个示例的截面图；

图9是示出根据本发明的实施方式的电线的示例的示意截面图；

图10是示出用扫描电子显微镜观察实施例1中获得的铝元线的横向截面的结果的视图；

图11是示出用扫描电子显微镜观察实施例1中获得的铝元线的纵向截面的结果的视图；

图12是示出关于实施例1至3和比较例1和2中获得的铝元线的导电性和CNT含量比率之间的关系的图表；以及

图13是示出实施例2和比较例2的铝元线中公称应力和公称应变之间的关系的图表。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述根据本发明的每个实施方式的电线和使用该电线的线束。需要注意，为了便于说明，各个附图的尺寸比率有所夸张，并且可能不同于实际比率。

[铝元线]

根据本发明的各个实施方式的电线具有如图1所示的铝元线1。铝元线1是在长度方向L上延伸的线材，并且图1仅示出铝元线1的一部分。

实施方式的铝元线1具有铝基材10和分散在铝基材10中的碳纳米管。铝基材10包括具有多个铝晶粒11的多晶体。优选的是铝基材10的至少一部分由多晶体构成，并且更优选的是铝基材10的全部由多晶体构成。

优选的是铝晶粒11由纯度99.7质量％以上的纯铝构成。作为纯铝，在日本工业标准：JIS H2102(重熔用铝锭)规定的铝锭中，优选使用的一种是Al纯度99.70以上的铝金属。其具体实例包括纯度99.7质量％以上的Al 99.70、Al 99.94、Al 99.97、Al 99.98、Al99.99、Al 99.990和Al 99.995。在实施方式中，不仅可以使用如Al 99.995的昂贵的高纯度铝锭，也可以使用纯度99.7质量％以上的价格合理的纯铝。

铝晶粒11可以包含无穷小量的不可避免的杂质。能够包含在铝晶粒11中的不可避免的杂质的实例包括铁(Fe)、硅(Si)、铜(Cu)、镓(Ga)、锌(Zn)、硼(B)、锰(Mn)、铅(Pb)、钙(Ca)、以及钴(Co)。这些杂质以不损害实施方式的效果并且不显著地影响实施方式的铝元线的特性的范围被不可避免地包含。此外，本文使用的术语“不可避免的杂质”包括初始包含在待使用的纯铝锭中的元素。铝晶粒11中不可避免的杂质的总量优选为0.15质量％以下并且更优选为0.12质量％以下。此外，不可避免的杂质可以溶解或者沉淀于铝晶粒中。

在铝元线1中，铝晶粒11的平均晶粒尺寸优选为0.1μm至100μm，更优选为1μm至50μm，并且进一步更优选1μm至10μm。此外，当观察铝元线1的纵向截面或者横向截面的任一者时，铝晶粒11的平均晶粒尺寸优选为0.1μm至100μm，更优选为1μm至50μm，并且进一步更优选1μm至10μm。铝晶粒11的平均晶粒尺寸在所述范围内，由此碳纳米管趋向于在铝晶粒11的晶粒边界15处分散。因此，通过弥散强化机制，能够增加铝元线1的强度。此外，待在下面描述的碳纳米管导电通路20容易在铝晶粒11的晶粒边界15处形成，使得能够增加铝元线1的导电性。需要注意，铝元线1的纵向截面是通过沿着铝元线1的长度方向L切割铝元线1所获得的截面。铝元线1的横向截面是通过沿着垂直于铝元线1的长度方向L的平面切割铝元线1所获得的截面。能够通过用扫描电子显微镜或者透射电子显微镜观察铝元线1的截面并且进行JIS H0501规定的切割方法(用于估计熟铜和铜合金的平均晶粒尺寸的方法，ISO2624)而确定铝晶粒11的平均晶粒尺寸。

在铝元线1中，不特别限定铝晶粒11的截面形状。在图2中，铝晶粒11的截面形状图示为六角形形状，并且铝晶粒11的截面形状可以为六角形形状之外的任意形状。

如上所述，根据实施方式的铝元线1具有铝基材10和分散在铝基材10中的碳纳米管。具体地，如图2所示，由碳纳米管构成的碳纳米管导电通路20存在于铝晶粒11的晶粒边界15的一部分处。在铝元线1中形成多个碳纳米管导电通路20。

碳纳米管导电通路20由碳纳米管构成，并且形成使电在铝基材10的长度方向L上传导的导电通路P。碳纳米管导电通路20由一个以上碳纳米管构成。作为组成碳纳米管导电通路20的碳纳米管的每个，一个或者两个以上碳纳米管可以以伸长状态存在，或者一个或者两个以上碳纳米管可以凝集成块状。

作为构成碳纳米管导电通路20的碳纳米管，可以使用任意已知的碳纳米管。碳纳米管可以是单壁纳米管(SWNT，单层)或者多壁纳米管(MWNT，多层)。碳纳米管的直径优选为0.4nm至50nm，并且碳纳米管的平均长度优选为10μm以上。

当通过拉曼光谱分析测量碳纳米管时，在拉曼光谱中出现源自晶格振动的特征峰，诸如1300cm^-1附近的D带、1590cm^-1附近的G带、以及2700cm^-1附近的G'带。G带源自石墨结构中六元环结构的面内伸缩振动，并且D带源自其缺陷结构。G带和D带之间的强度比率(G/D比率)是示出碳纳米管中晶体比例的指标。由于石墨结构中碳纳米管具有越少的缺陷和越高的结晶度则导电性和拉伸强度越优秀，因此G/D比率优选为较大。因此，构成碳纳米管导电通路20的碳纳米管的G/D比率优选为5以上。

如图2所示，在铝基材10的横向截面中的铝晶粒11之间的晶粒边界15的一部分处存在碳纳米管导电通路20。换言之，在铝基材10的横向截面中，碳纳米管导电通路20不存在于铝晶粒11的全部晶粒边界15处。因此，碳纳米管导电通路20不具有环绕铝晶粒11的结构。此外，如图2所示，当存在多个碳纳米管导电通路20时，碳纳米管导电通路20通常互相间隔。

需要注意，公知的铝元线是具有其中碳纳米管导电通路覆盖铝晶粒的全部周边的所谓的细胞状结构的铝元线。细胞状结构是其中铝晶粒包含在由碳纳米管导电通路形成的细胞中的结构。通常，细胞状结构由多个细胞构成并且具有其中两个邻近细胞连接以具有共享的壁面的蜂窝结构。在细胞状结构中，碳纳米管导电通路存在于铝晶粒之间的全部晶粒边界处。

同时，在根据实施方式的铝元线1的情况下，在铝基材10的横向截面中，碳纳米管导电通路20存在于铝晶粒11之间的晶粒边界15的一部分处，而不存在于全部晶粒边界15处。因此，由于碳纳米管导电通路20不形成围绕铝晶粒11的细胞，所以根据实施方式的铝元线1具有与细胞状结构明显不同的结构。

如图1所示，碳纳米管导电通路20沿着铝基材10的长度方向L存在，从而形成使电在铝基材10的纵向上传导的导电通路P。需要注意，在铝元线1中，沿着铝基材10的长度方向L，碳纳米管导电通路20连续地、间断地、或者以连续地和间断地两者存在。

例如，在图1中，碳纳米管导电通路20a沿着长度方向L连续地存在。此处，碳纳米管导电通路连续地存在代表在长度方向L上相互邻近的碳纳米管导电通路20相互接触。在图1中，碳纳米管导电通路20b沿着长度方向L间断地存在。此处，碳纳米管导电通路间断地存在代表在长度方向L上相互邻近的碳纳米管导电通路20不相互接触。

需要注意，关于碳纳米管导电通路20，碳纳米管导电通路20的至少一部分可以沿着铝基材10的长度方向L存在。因此，不是必须所有碳纳米管导电通路20都应当沿着铝基材10的长度方向L存在。例如，在根据实施方式的铝元线1中，一部分碳纳米管导电通路20的定向方向不必须沿着铝基材10的长度方向L。在此情况下，铝元线1中碳纳米管导电通路20的定向方向变为任意的。

如上所述，在根据实施方式的铝元线1中，碳纳米管导电通路20不必须沿着铝基材10的长度方向L连续地存在。然而，由于铝基材10本身具有导电性，所以即使碳纳米管导电通路20互相间隔也能够形成穿过铝基材10的传导。

在铝元线1中，碳纳米管相对于铝基材10的含量优选为0.1质量％至1.25质量％。当碳纳米管的含量在该范围内，容易形成碳纳米管导电通路20，并且因此能够获得导电性和强度高于仅由纯铝构成的元线的导电性和强度的铝元线1。需要注意，从进一步提高导电性的观点，碳纳米管相对于铝基材10的含量更优选为0.25质量％至0.75质量％。

优选的是形成在铝晶粒11的晶粒边界15处的碳纳米管导电通路20具有2nm至10μm的厚度。此外，当观察铝元线1的纵向截面或者横向截面的任一者时，碳纳米管导电通路20的厚度更优选为2nm至10μm。当碳纳米管导电通路20的厚度在该范围内时，容易形成沿着铝元线1的长度方向L的导电通路P并且因此能够有效地提高铝元线1的导电性。需要注意，能够通过用扫描电子显微镜(SEM)或者透射电子显微镜(TEM)观察铝元线1的纵向截面或者横向截面，而测量碳纳米管导电通路20的厚度。

优选的是根据实施方式的铝元线1具有62％IACS以上的导电性和130MPa以上的拉伸强度。在铝元线1中，通过复合高度结晶的碳纳米管和纯铝而形成碳纳米管导电通路20。因此，能够使铝元线1的导电性高于纯铝的导电性，并且强度也等于或大于纯铝的强度。需要注意，能够根据日本工业标准：JIS C2525(金属抗性材料的导体电阻和电阻率的测试方法)测量铝元线1的导电性。能够根据JIS Z2241(金属材料-拉伸测试-室温下的测试方法；对应的国际标准ISO 6892-1:2009)测量铝元线1的拉伸强度。

[铝元线制造方法]

随后，将描述根据实施方式的铝元线1的制造方法。铝元线1的制造方法包括CNT分散步骤、将CNT均一地附着至铝粉末的表面的步骤、以及复合步骤。

(CNT分散步骤)

CNT分散步骤是在溶剂中高度分散碳纳米管的步骤。不特别限定分散碳纳米管的溶剂，并且优选的是使用有机溶剂。

作为有机溶剂，可以使用下列的溶剂中的任一项：醇类溶剂、酰胺溶剂、酮类溶剂、以及醇类溶剂、酮类溶剂和酰胺溶剂的任意的组合的混合溶剂。待使用的醇类溶剂可以是选自甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇和1-甲基-2-丙醇所组成的组的至少一个。待使用的酰胺溶剂可以是选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和二甲基乙酰胺所组成的组的至少一个。此外，待使用的酮类溶剂可以是丙酮和甲基乙基酮中的至少一个。

作为碳纳米管，可以使用上述碳纳米管。此外，为了除去诸如铂的金属催化剂或者无定形碳，可以用酸预先洗涤碳纳米管，或者碳纳米管可以通过在先的高温处理而石墨化。对碳纳米管进行在先的高温处理以使得碳纳米管能够是高纯度的或者结晶的。

在溶剂中高度分散碳纳米管的方法不特别限定。如图3A所示，碳纳米管30添加至溶剂31并且以高速搅拌获得的混合物，由此分散碳纳米管30。需要注意，为了有效地分散碳纳米管30，在将碳纳米管30添加至溶剂31之后，诸如超声波的外力可以应用于获得的混合物。该步骤使碳纳米管30溶解，由此获得高度分散在溶剂31中的CNT分散体32。

(均一地附着CNT的步骤)

在均一地附着CNT的步骤中，优选的是铝粉末的表面由碳纳米管几乎均一地覆盖，从而使碳纳米管形成网状形式。具体地，首先将铝粉末添加至CNT分散步骤中获得的CNT分散体32。待使用的铝粉末优选为由纯度99.7质量％以上的纯铝构成的粉末。铝粉末的平均粒径(D50)优选为1μm至500μm，更优选为3μm至300μm，并且进一步更优选3μm至50μm。在这样的情况下，能够将铝元线1中铝晶粒11的平均晶粒尺寸控制在上述范围内。需要注意，能够通过激光衍射/散射法测量铝粉末的平均粒径。

在铝元线1中，待添加至CNT分散体32的铝粉末的量优选调整为使得碳纳米管相对于铝基材10的含量为0.1质量％至1.25质量％。

然后，将铝粉末添加至CNT分散体32并且以高速搅拌获得的混合物，由此分散铝粉末。其后，从分散体去除溶剂，从而获得其中铝粉末的表面几乎被碳纳米管均一地覆盖的混合粉末33，如图3B所示。

此处，为了用碳纳米管几乎均一地覆盖铝粉末的表面并且使碳纳米管形成网状，分散溶剂优选为以比碳纳米管的聚集或者沉降速率更快的速率挥发。因此，优选的是将铝粉末添加至CNT分散体32并且搅拌获得的混合物，并且随后使用旋转蒸发器去除溶剂。

图4示出用扫描电子显微镜观察包含铝粉末和碳纳米管的混合粉末33的结果。如图4所示，发现混合粉末33的表面由碳纳米管30几乎均一地覆盖，并且此外碳纳米管30保持为网状形式。如上所述，铝颗粒表面上的碳纳米管30处于网状形式，从而获得其中碳纳米管高度分散在铝基材10中并且形成碳纳米管导电通路20的铝元线1。

(复合步骤)

在复合步骤中，通过对在均一地附着CNT的步骤中获得的混合粉末33进行挤出加工，而复合铝粉末与碳纳米管。具体地，复合步骤具有生压坯形成步骤和挤出加工步骤。

在生压坯形成步骤中，通过施加压力按压混合粉末33，从而形成粉末生压坯。在生压坯形成步骤中，按压混合粉末使得混合粉末中铝颗粒之间的间隙变得最小。公知的方法用作向混合粉末施加压力的方法，并且例如，使用将混合粉末投入圆柱形生压坯形成容器中并且随后加压该容器中的混合粉末的方法。

在获得的粉末生压坯中，碳纳米管通常存在于按压的铝颗粒之间的间隙中。作为碳纳米管，一个或者两个以上碳纳米管可以以拉伸状态存在，或者可以以块状聚集，只要碳纳米管存在于铝颗粒之间的间隙中即可。

参考附图进行形成生压坯的步骤的说明。图5是示出形成生压坯的步骤的示例的视图。如图5所示的生压坯形成容器80是用于通过向混合粉末33施加压力而形成粉末生压坯60的容器。生压坯形成容器80包括设置有在轴向上贯穿容器主体81的柱状腔体部分83的圆柱形容器主体81。

在生压坯形成步骤中，首先，生压坯形成容器80安装在底板上(未示出)。此时，生压坯形成容器80安装为使得生压坯形成容器80的底表面和底板的表面之间不生成间隙。接着，混合粉末33浇注到生压坯形成容器80的其中底表面侧被底板封闭的腔体部分83中。此外，通过参考标记F1的力向腔体部分83中的混合粉末33施加压力，并且按压混合粉末33，由此成型粉末生压坯60。

在生压坯形成步骤中，通过参考标记F1的力施加于混合粉末33的压力优选为设定得等于或者大于混合粉末33中铝粉末的屈服应力并且等于或者小于其最大应力。在这样的情况下，粉末生压坯60成型为使得混合粉末33被按压得使混合粉末33中的铝粉末块(piece)之间的间隙能够变得最小。此处，屈服应力代表弹性形变和塑性变形之间的边界点处的应力。即，对于铝粉末，通常，在具有小的应变量的区域中，应力随着应变量的增加而成比例地增加(弹性形变)；然而，当应变量超过预定的应变量时，应力停止随着应变量增加而成比例地增加(塑性变形)。该预定的应变量处的应力称作屈服应力。此外，最大应力代表弹性形变和塑性变形两个区域中的应力的最大值。金属材料的最大应力通常存在于塑性变形区域中。

用于在生压坯形成步骤中向混合粉末33施加压力的过程在常温下进行。此外，向混合粉末33施加压力的时间为5秒至60秒并且优选为10秒至40秒。在该步骤中，混合粉末33不包含诸如需要若干小时的热处理的弹性体的有机物质，并且实施了用于通过按压混合粉末33形成粉末生压坯60的物理加工，并且因此，能够将向混合粉末33施加压力的时间设定为极短的时间。

当将预定范围内的压力施加于混合粉末33时，粉末生压坯60由生压坯形成容器80的腔体部分83中的混合粉末33形成。通过例如使其突出，而从生压坯形成容器80的腔体部分83排出粉末生压坯60。

在挤出加工步骤中，加热粉末生压坯60并且对其进行挤出加工，由此获得铝元线1。公知的方法能够用作实施用于粉末生压坯60的挤出加工的方法，并且例如，使用了将粉末生压坯60投入圆柱形挤出加工设备中并且其后在该容器中加热粉末生压坯60并且对其实施挤出加工的方法。

参考附图进行挤出加工步骤的说明。图6是示出挤出加工步骤的示例的视图。如图6所示的挤出加工设备90是用于通过加热粉末生压坯60和对其实施挤出加工而形成铝元线1的设备。挤出加工设备90包括：圆柱形设备主体91，该圆柱形设备主体91设置有粉末生压坯60填入其中的柱状腔体部分93；以及模具95，其设置于设备主体91的底部，并且排出挤出工件。

在挤出加工步骤中，填入挤出加工设备90的腔体部分93中的粉末生压坯60在真空气氛下加热，其后，施加参考标记F2的力，并且在挤出方向M上从模具95挤出。需要注意，这样的加热和挤出加工中的气氛可以设定为惰性气体氛围，以代替真空气氛。

进行粉末生压坯60的加热使得粉末生压坯60的温度为400℃以上，优选为400℃至700℃，更优选为400℃至660℃，并且进一步更优选400℃至650℃。当粉末生压坯60的温度小于400℃时，挤出加工变得难以实施。此外，当粉末生压坯60的温度超过660℃时，铝元线1中可能生成碳化铝。

此外，进行粉末生压坯60的加热，使得粉末生压坯60的温度在上述温度范围的时间为0.3分钟至5分钟，并且优选为0.5分钟至3分钟。在该步骤中，粉末生压坯60不包含诸如需要几小时热处理的弹性体的有机物质，并且在该步骤中获得的铝元线1也不具有细胞状结构。因此，在该步骤中，这样的粉末生压坯60的加热时间能够设定为极短的时间。

挤出加工时加热的粉末生压坯60的应变率为0.1s^-1至100s^-1，并且优选为0.3s^-1至3s^-1。当应变率在该范围内时，获得的铝元线1变为具有上述结构和特征的铝元线。

挤出加工时的挤出率优选为4以上。当挤出率小于4时，粉末生压坯60的烧结可能变得不充分。此处，挤出率代表粉末生压坯60的横向截面的截面积相对于作为挤出材料的铝元线1的横向截面的截面积的比率。

此处，为了使铝基材10中的碳纳米管沿着所述长度方向L定向，优选的是将模具95中的粉末生压坯60的加工部分形成为具有流线型或者具有小于90°的角度。具体地，优选的是使用如图7和图8所示的模具95A和95B。模具95A和95B的每个具有中空加工部分95a。粉末生压坯60从加工部分95a的顶部向下挤出，从而获得铝元线1。

在如图7所示的模具95A中，为了连续地减少沿着挤出方向的直径，形成加工部分95a的内表面95b优选为流线型。此外，在如图8所示的模具95B中，构成加工部分95a的内表面95b优选为在挤出方向形成的角度θ小于90°并且具有恒定梯度。使用模具95A和95B，由此粉末生压坯60的直径沿着内表面95b逐渐减小。因此，能够使铝基材10中碳纳米管沿着长度方向L定向。

根据本实施方式的铝元线的制造方法能够在短时间内制造具有高导电性且碳纳米管的复合量小的铝元线。需要注意，铝元线1的导电性增加的原因被认为是因为由于铝元线1不具有细胞状结构，所以在铝元线1的制造时不需要使用弹性体，并且不存在弹性体汽化产生的残留物。此外，能够在短时间内制造铝元线1的原因是因为不需要弹性体的汽化操作，并且即使在其中包括生压坯形成步骤和挤出加工步骤时也能够在大约2分钟内制造铝元线1。

[电线和线束]

随后，将描述根据实施方式的电线。如图9所示，根据实施方式的电线100包括铝元线1和用于覆盖铝元线1的周缘的被覆材料110。

在本实施方式的电线100中，由铝元线1构成的固体线可以用作导体，或者由多个扭绞的铝元线1构成的扭绞线可以用作导体。对于扭绞线，可以使用下列任意的扭绞线：其中元线同心地绕一个或者几个元线的芯线扭绞的同心扭绞线；多根元线在相同方向整体扭绞的集合扭绞线；以及其中多个集合扭绞线同心地扭绞的复合扭绞线。

只要覆盖电线100的外周的被覆材料110能够相对于电线100确保电绝缘性，不特别限定其材料和厚度。作为被覆材料110，可以任意地使用电绝缘树脂，诸如烯烃树脂，诸如交联聚乙烯或者聚丙烯，或者氯乙烯。构成待使用的被覆材料110的树脂材料的具体实例包括氯乙烯、耐热氯乙烯、交联氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、聚乙烯泡沫、交联聚乙烯泡沫、氯代聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)、聚偏二氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯、全氟烷氧基烷烃、天然橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙烯丙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、以及硅橡胶。这些材料可以单独使用或者其两种以上组合使用。

优选的是被覆材料110具有10⁹Ω·mm以上的体积电阻率。在这样的情况下，能够有效地抑制电线之间的短路。需要注意，能够根据日本工业标准：JIS C3005测量被覆材料110的体积电阻率。此外，被覆材料110的拉伸强度优选为10.3MPa至15.7MPa并且伸长率优选为125％至150％。在这样的情况下，被覆材料110的耐久性增加并且因此能够长期确保绝缘性。

实施方式的线束具有上述电线。如上所述，由于本实施方式的电线的强度和导电性优秀，所以其能够优选地用于要求高强度、耐久性和导电性的汽车的线束。只要不损害电线中的铝元线1的导电性，铝元线1可以连接至连接器、端子、电子设备或者辅助组件。不特别限定铝元线1连接至端子等的方法，并且可以使用各种公知的连接和结合方法。此外，铝元线1可以使用结合剂连接至端子等。

如上所述，实施方式的电线100包括具有铝基材10和分散在铝基材10中的碳纳米管的铝元线1。铝元线1具有62％IACS以上的导电性和130MPa以上的拉伸强度。此外，铝基材10优选为具有多个铝晶粒的多晶体。优选地，在铝基材10的横向截面中，碳纳米管导电通路20形成在铝基材10中，通过在多个铝晶粒11的晶粒边界15的一部分中存在并且沿着铝元线1的长度方向L存在，而形成使电在铝元线1的长度方向L上导通的导电通路P。在铝元线1中，复合了碳纳米管，并且因此，能够通过弥散强化机制极大地提高拉伸强度。此外，碳纳米管导电通路20沿着铝元线1的长度方向L形成导电通路P，并且因此，能够增加铝元线1的导电性。

[实施例]

以下，将参考实施例和比较例详细描述本发明，然而本发明不限于此。

[实施例1]

首先，在用超声波照射的同时在N,N-二甲基甲酰胺中搅拌直径约40nm且平均长度约5μm的碳纳米管，并且因此获得CNT分散体。接着，向CNT分散体添加99.9％纯度且平均粒径D50为50μm的铝粉末，并且以高速搅拌获得的混合物。此时，调整待混合的材料的量使得碳纳米管相对于铝粉末的含量为0.10质量％。其后，使用旋转蒸发器挥发N,N-二甲基甲酰胺，从而制备包含铝粉末和碳纳米管的混合粉末。

然后，将混合粉末投入如图5所示的生压坯形成容器80的腔体部分83中，并且在常温(20℃)下向其施加压力20秒。需要注意，施加于混合粉末的压力设定为等于或者大于混合粉末中铝粉末的屈服应力并且等于或者小于其最大应力。结果，粉末生压坯形成在生压坯形成容器80的腔体部分83中。

将粉末生压坯投入图6所示的挤出加工设备90的腔体部分93。模具95的温度设定为500℃并且在真空气氛中保持约2分钟，并且随后实施挤出加工。在挤出加工中，应变率为1s^-1。此外，挤出加工的挤出率为4。以这种方式制造该实施例的铝元线(直径4mm)。

[实施例2]

除了调整待混合的材料的量使得碳纳米管相对于铝粉末的含量为0.50质量％之外，以与实施例1相同的方式制造该实施例的铝元线。

[实施例3]

除了调整待混合的材料的量使得碳纳米管相对于铝粉末的含量为1.25质量％之外，以与实施例1相同的方式制造该实施例的铝元线。

[比较例1]

将与实施例1相同的铝粉末投入图5所示的生压坯形成容器80的腔体部分83中并且在常温(20℃)下向其施加压力20秒。需要注意，施加于铝粉末的压力设定为等于或者大于铝粉末中铝粉末的屈服应力并且等于或者小于其最大应力。结果，粉末生压坯形成在生压坯形成容器80的腔体部分83中。

通过以与实施例1相同的方式，对所获得的粉末生压坯进行挤出加工而制造该实施例的铝元线。

[比较例2]

通过使用JIS A1050-O作为铝，以与比较例1相同的方式实施挤出加工而制造该实施例的铝元线。

表1示出实施例1至3和比较例1和2中使用的每个铝粉末的种类以及碳纳米管相对于铝粉末的含量。

[表1]

[评价]

(显微镜观察)

用扫描电子显微镜观察实施例1中获得的铝元线的截面。图10是示出用扫描电子显微镜观察铝元线的横向截面(与长度方向垂直的方向上的截面)的结果的视图。图11示出用扫描电子显微镜观察铝元线的纵向截面(长度方向上的截面)的结果。由图10显而易见的是，碳纳米管导电通路20存在于铝晶粒11之间的晶粒边界的一部分中。此外，发现碳纳米管导电通路20不存在于铝晶粒11之间的全部晶粒边界处，而是存在于一部分晶粒边界中。由图11显而易见的是，碳纳米管导电通路20沿着铝元线的长度方向L连续地存在。从图10和图11显而易见的是，在铝元线的纵向和横向截面两者中，碳纳米管导电通路20的厚度为2nm至10μm。

从图10和图11显而易见的是，在铝元线的纵向和横向截面两者中，构成铝基材的多个铝晶粒11的平均晶粒尺寸为30μm以下。

需要注意，图4示出实施例1获得的包含铝粉末和碳纳米管的混合粉末的扫描电子显微镜照片。图4示出混合粉末的照片以及混合粉末表面的放大照片。如图4所示，对于混合粉末，铝粉末的表面由碳纳米管以网状形式地均一地覆盖。

(导电性的测量)

根据JIS C2525测量实施例1至3和比较例1和2中制造的每个铝元线的导电性。表1示出这些实施例的测量结果。如表1所示，实施例1至3的铝元线比未添加碳纳米管的比较例1的铝元线和由JIS A1050-O构成的比较例2的铝元线导电性更优秀。

此外，图12的图表示出关于实施例1至3和比较例1和2中获得的铝元线的导电性和CNT含量比率之间的关系。需要注意，图12中的符号B表示比较例2的铝元线的导电性。如图12所示，当碳纳米管相对于铝粉末的含量在0.1质量％至1.25质量％的范围内时，相比于比较例1的纯铝导电性提高。当含量在0.25质量％至0.75质量％的范围内时，导电性相比于比较例1的纯铝进一步提高。

(拉伸强度的测量)

根据JIS Z2241测量实施例1至3和比较例1和2中制造的每个铝元线的拉伸强度。表1示出这些实施例的测量结果。如表1所示，实施例1至3的铝元线比未添加碳纳米管的比较例1的铝元线和由JIS A1050-O构成的比较例2的铝元线拉伸强度更优秀。

在图13的图表中，示出实施例2和比较例2的铝元线的公称应力和公称应变之间的关系。如图13所示，实施例2的铝元线的公称应力相比于比较例2极大地提高。发现碳纳米管的添加导致了良好的拉伸强度。

如上所述，在根据每个实施例的铝元线中，使用高度结晶的碳纳米管并且控制添加的碳纳米管的量，由此能够使铝元线的导电性极大地超过纯铝的导电性。此外，碳纳米管分散在铝中，由此能够诱导弥散强化机制并且改善铝元线的导电性和强度。铝元线的这样的材料特性被认为是由于碳纳米管沿着元线的长度方向L定向的事实。

虽然上文已经参考实施例和比较例描述了本发明，但本发明不意在限制于其描述，并且在本发明的范围内的各种修改例对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims (5)

1.一种电线，包括：铝元线，该铝元线具有铝基材和分散在所述铝基材中的碳纳米管，其中，所述铝元线具有62％IACS以上的导电性和130MPa以上的拉伸强度。

2.根据权利要求1所述的电线，其中，所述铝基材为具有多个铝晶粒的多晶体；并且碳纳米管导电通路形成在所述铝基材中，该碳纳米管导电通路由所述碳纳米管构成，并且，通过在所述铝基材的横向截面中的多个铝晶粒之间的晶粒边界的一部分中存在并且沿着所述铝元线的长度方向存在，而形成使电在所述铝元线的长度方向中导通导电通路。

3.根据权利要求1或2所述的电线，其中，在所述铝元线中，所述碳纳米管相对于所述铝基材的含量为0.1质量％至1.25质量％。

4.根据权利要求1或2所述的电线，进一步包括用于覆盖所述铝元线的周缘的被覆材料，其中，所述被覆材料具有10⁹Ω·mm以上的体积电阻率。

5.一种线束，该线束包括根据权利要求1至4中任一项所述的电线。