CN110117729A - 一种生产石墨烯金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生产石墨烯金属的方法，涉及石墨烯金属技术领域。其中，这种生产石墨烯金属的方法包括如下步骤：提供一上引法结晶器，该结晶器包括内置第一通道的石墨模、配置在所述石墨模且和所述第一通道相连通的导管，以及和所述导管相连通的供气机构，所述第一通道具有供液态金属凝固的半凝固区；通过所述供气机构，把石墨烯粉末通入所述导管，以和位于所述半凝固区的液态金属相混合；通过所述石墨模，凝固出石墨烯金属。相比现有技术中，生产石墨烯金属需要把金属制成粉末，再加入一定比例的石墨烯，再经过混合、烧结等工艺。本发明所提供的生产石墨烯金属的方法，不仅工艺更加简单，而且效率更高。

Description

一种生产石墨烯金属的方法
技术领域
本发明涉及石墨烯金属技术领域，具体而言，涉及一种生产石墨烯金属的方法。
背景技术
结晶器是一种用来生产铜杆、铝杆等金属的设备。其生产的原理为，先将电解的金属经工频感应炉熔化成液体，将金属液控制在一定的温度范围内，再通过结晶器快速冷却结晶达到生产出金属杆的目的。
石墨烯金属是一种用铜或铝等金属，通过添加石墨烯而形成的一种合金。石墨烯金属相比纯粹的金属，具有更好的强度。现有技术中，石墨烯金属往往是在金属粉末中，加入一定比例的石墨烯，再经过混合、烧结做出产品。但是该生产方式速度慢,且由于烧结时受热不同,烧结情况不稳定，产品会出现松散的情况，因此还需再经热锻才能成形。有鉴于此，发明人在研究了现有的技术后特提出本申请。
发明内容
本发明提供了一种生产石墨烯金属的方法，旨在改善现有技术中，生产石墨烯金属，工艺繁琐且效率低下的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种生产石墨烯金属的方法，包括如下步骤：
S1：提供一上引法结晶器，该结晶器包括内置第一通道的石墨模、配置在所述石墨模且和所述第一通道相连通的导管，以及和所述导管相连通的供气机构，所述第一通道具有供液态金属凝固的半凝固区；
S2：通过所述供气机构，把石墨烯粉末通入所述导管，以和位于所述半凝固区的液态金属相混合，以凝固成石墨烯金属；
S3：逐渐向上提拉位于所述第一通道的石墨烯金属，以便位于所述半凝固区的液态金属和石墨烯粉继续相混合，凝固出新的石墨烯金属。
作为进一步优化，步骤S2具体包括如下步骤：
S21：在所述半凝固区通一交变磁场；
S22：调节所述供气机构的工作功率，以控制输出石墨烯粉末的速率；
S23：开启所述供气机构，把石墨烯粉末通入所述导管。
作为进一步优化，生产的石墨烯金属为石墨烯铜，待位于所述半凝固区的金属液的温度为700～900℃，再通过所述供气机构，把石墨烯粉末通入所述导管。
作为进一步优化，生产的石墨烯金属为石墨烯铝，待位于所述半凝固区的铝液的温度为300～400℃，再通过所述供气机构，把石墨烯粉末通入所述导管。
作为进一步优化，所述供气机构具有用以放置石墨模的放置件，以及用以把所述放置件内的石墨烯抽入所述半凝固区的气泵。
作为进一步优化，石墨烯粉末的直径为15～40μm。
作为进一步优化，所述导管的通道孔径为2～5mm。
通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：
本发明的结晶器具有生产材质为石墨烯金属的铜杆的功能。具体地，在石墨模的半凝固区，连通一导管，该导管和供气机构相连通。供气机构能够把含有石墨烯的气体吹如半凝固区。由于石墨烯的密度小于金属液的密度，因此石墨烯会上浮。同时由于铜和石墨烯是两种互不溶解且熔点不相同的物质，因此上浮的石墨烯会在半凝固区处和未完全凝固的液铜相混合。
同时，由于采用结晶器生产金属棒，需要先把金属熔化，因此一般需要通上磁场，以便于金属快速熔化。由于金属液中，金属为离子的状态，因此在半凝固区，金属离子会受到洛伦兹力的影响而更加剧烈的运动，这进一步提高了石墨烯和液态金属的混合。此外，通过调节供气机构的供气功率，就可以调节石墨烯进入半凝固区的速率，以达到调节最终石墨烯金属中，所含有的石墨烯的比例。
通过以上技术方案，本发明的结晶器具有快速生产石墨烯金属的功能。相比现有技术中，生产石墨烯金属需要把金属制成粉末，再加入一定比例的石墨烯，再经过混合、烧结等工艺。本发明所提供的生产石墨烯金属的方法，不仅工艺更加简单，而且效率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明一实施例，结晶器的结构示意图；
图2是图1所示的I处的局部放大图；
图3是本发明一实施例，分散板11的结构示意图；
图中标记：1-入水口；2-回水口；3-外管；4-中管；5-内管；6-导管；7-供气机构；8-石墨护套；9-第一通道；10-石墨模；11-分散板；12-分散孔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
石墨烯金属是一种用铜或铝等金属，通过添加石墨烯而形成的一种合金。石墨烯金属相比纯粹的金属，具有更好的强度。现有技术中，石墨烯金属往往是在金属粉末中，加入一定比例的石墨烯，再经过混合、烧结做出产品。但是该生产方式速度慢,且由于烧结时受热不同,烧结情况不稳定，产品会出现松散的情况，因此还需再经热锻才能成形。
由图1和图2所示，在本实施例中，一种生产石墨烯金属的方法，包括如下步骤：
S1：提供一上引法结晶器，该结晶器包括内置第一通道9的石墨模10、配置在石墨模10且和第一通道9相连通的导管6，以及和导管6相连通的供气机构7，第一通道9具有供液态金属凝固的半凝固区；
S2：通过供气机构7，把石墨烯粉末通入导管6，以和位于半凝固区的液态金属相混合，以凝固成石墨烯金属；
S3：逐渐向上提拉位于所述第一通道9的石墨烯金属，以便位于所述半凝固区的液态金属和石墨烯粉继续相混合，凝固出新的石墨烯金属。
图1中A即为熔化的金属液，图2中M即为半凝固区，导管6一端和石墨模10相连通，另一端自金属液A穿出和供气机构7相连通。本实施例的结晶器，其生产石墨烯金属的原理如下：
在石墨模10的半凝固区，连通一导管6，该导管6和供气机构7相连通。供气机构7能够把含有石墨烯的气体吹如半凝固区。由于石墨烯的密度小于金属液的密度，因此石墨烯会上浮。同时由于铜和石墨烯是两种互不溶解且熔点不相同的物质，因此上浮的石墨烯会在半凝固区处和未完全凝固的液铜相混合。
在本实施例中，步骤S2具体包括如下步骤：
S21：在半凝固区通一交变磁场；
S22：调节供气机构7的工作功率，以控制输出石墨烯粉末的速率；
S23：开启供气机构7，把石墨烯粉末通入导管6。
由于采用结晶器生产金属棒，需要先把金属熔化，因此一般需要通上磁场，以便于金属快速熔化。由于金属液中，金属为离子的状态，因此在半凝固区，金属离子会受到洛伦兹力的影响而更加剧烈的运动，这进一步提高了石墨烯和液态金属的混合。此外，通过调节供气机构7的供气功率，就可以调节石墨烯进入半凝固区的速率，以达到调节最终石墨烯金属中，所含有的石墨烯的比例。
在本实施例中，生产的石墨烯金属为石墨烯铜，待位于半凝固区的金属液的温度为700～900℃，再通过供气机构7，把石墨烯粉末通入导管6。在另一实施例中，生产的石墨烯金属可以为石墨烯铝，待位于半凝固区的铝液的温度为300～400℃，再通过供气机构7，把石墨烯粉末通入导管6。
由图1和图2所示，在本实施例中，管路组件包括内管5、套置在内管5的中管4，以及套置在中管4的外管3。其中，内管5和中管4之间，以及中管4和外管3之间分别形成内部通道和外部通道，且内部通道和外部通道相连通。此外，管路组件设置有入水口1和出水口，入水口1和出水口分别与内部通道和外部通道相连通。水在内部通道和外部通道中流通，能够起到冷却石墨模10的作用。
在本实施例中，供气机构7具有用以放置石墨模10的放置件(图未视)，以及用以把放置件内的石墨烯抽入半凝固区的气泵(图未视)。气泵能够把放置件内的石墨模10抽入到导管6内。操作人员通过调节气泵的工作功率，可以改变石墨烯进入半凝固区的速率，以达到调节最终石墨烯金属中，所含有的石墨烯的比例。在本实施例中，通过调节气泵的工作功率，让液铜所含的石墨烯比例为0.02％～0.1％。其中，通过气泵抽取粉状物质的装置属于现有技术，在此不再赘述。
在本实施例中，通入导管6的石墨烯颗粒的直径为15～40μm，导管6的内部孔径取为2～5mm。在本实施例中，导管6设置有过滤件，该过滤件用以过滤大颗粒的石墨烯，以进一步保证进入半凝固区的石墨烯颗粒的直径为15～40μm。
此外，在本实施例中，导管6的末端设置有分散板11，该分散板11具有多个用以分散石墨烯的分散孔12，该分散孔12为设置在分散板11的通孔。
通过以上技术方案，本发明的结晶器具有快速生产石墨铜、石墨铝等石墨金属的作用。相比现有技术中，生产石墨烯金属需要把金属制成粉末，再加入一定比例的石墨烯，再经过混合、烧结等工艺。本发明所提供的生产石墨烯金属的方法，不仅工艺更加简单，而且效率更高，具有很强的实用性。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生产石墨烯金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供一上引法结晶器，该结晶器包括内置第一通道(9)的石墨模(10)、配置在所述石墨模(10)且和所述第一通道(9)相连通的导管(6)，以及和所述导管(6)相连通的供气机构(7)，所述第一通道(9)具有供液态金属凝固的半凝固区；
S2：通过所述供气机构(7)，把石墨烯粉末通入所述导管(6)，以和位于所述半凝固区的液态金属相混合，以凝固成石墨烯金属；
S3：逐渐向上提拉位于所述第一通道(9)的所述石墨烯金属，以便位于所述半凝固区的液态金属和石墨烯粉继续相混合，凝固出新的所述石墨烯金属。
2.根据权利要求1所述的一种生产石墨烯金属的方法,其特征在于,步骤S2具体包括如下步骤：
S21：在所述半凝固区通一交变磁场；
S22：调节所述供气机构(7)的工作功率，以控制输出石墨烯粉末的速率；
S23：开启所述供气机构(7)，把石墨烯粉末通入所述导管(6)。
3.根据权利要求1所述的一种生产石墨烯金属的方法,其特征在于,生产的石墨烯金属为石墨烯铜，待位于所述半凝固区的金属液的温度为700～900℃，再通过所述供气机构(7)，把石墨烯粉末通入所述导管(6)。
4.根据权利要求1所述的一种生产石墨烯金属的方法,其特征在于,生产的石墨烯金属为石墨烯铝，待位于所述半凝固区的铝液的温度为300～400℃，再通过所述供气机构(7)，把石墨烯粉末通入所述导管(6)。
5.根据权利要求1所述的一种生产石墨烯金属的方法,其特征在于,所述供气机构(7)具有用以放置石墨模(10)的放置件，以及用以把所述放置件内的石墨烯抽入所述半凝固区的气泵。
6.根据权利要求1所述的一种生产石墨烯金属的方法,其特征在于,石墨烯粉末的直径为15～40μm。
7.根据权利要求1所述的一种生产石墨烯金属的方法,其特征在于,所述导管(6)的通道孔径为2～5mm。
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