CN110144480A - 一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法 - Google Patents
一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110144480A CN110144480A CN201910433203.2A CN201910433203A CN110144480A CN 110144480 A CN110144480 A CN 110144480A CN 201910433203 A CN201910433203 A CN 201910433203A CN 110144480 A CN110144480 A CN 110144480A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- composite material
- aluminum composite
- aluminum
- aluminium powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 253
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 253
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 215
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 209
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims abstract description 112
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 95
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 61
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 34
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 43
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract 1
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 description 21
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 7
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- -1 graphite Alkene Chemical class 0.000 description 7
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
- B21C1/003—Drawing materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special drawing methods or sequences
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
- C22C1/1047—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：制备石墨烯分散液和纳米铝粉分散液；将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照混合，并压制成多个纳米铝粉‑石墨烯预制块；将纯铝放入感应炉中，利用石墨罩将纳米铝粉‑石墨烯预制块压入到铝熔体中，随后将石墨烯/铝熔体冷却，并将石墨烯/铝熔体浇注到金属模具中；将得到的石墨烯/铝复合材料铸锭加热，进行挤压变形处理，得到石墨烯/铝复合材料杆件；将石墨烯/铝复合材料杆件退火，随后进行12道次室温拉拔变形，得到石墨烯/铝复合材料单丝，最后退火，得到电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。本发明解决了因石墨烯团聚引起的石墨烯/铝复合材料导电性能降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，属于电化学技术领域。
背景技术
近年来，经济持续快速的增长带动电线电缆工业快速发展，到2012年中国电缆工业年产值已经突破9000亿元大关，成为机械行业中仅次于汽车制造业的第二大产业。随着国际铜价的不断攀升，传统以铜为主要材料的铜电缆(铜在整个电缆中占的成本达到70％以上)价格也升高。寻找价格比等品质铜电缆低的载流导体有助于电缆的制造成本。我国铝资源十分的丰富且价格比较稳定，致使当前出现了以铝代铜的趋势。需要指出的是铝电缆的推广受其导电率的约束(61％IACS)，另外铝存在机械强度较差，易发生蠕变，容易过载发热，易发生电化学和化学腐蚀等问题，这也严重地制约铝电缆的发展。为解决这些问题，科研人员将石墨烯引入到铝基体中。石墨烯是碳原子以sp2杂化形成的呈蜂巢晶排列构成的单层二维晶体，碳原子排列与石墨的单原子层相同。在电学性能方面，由于石墨烯的离域大π键将其整个体系连贯重叠在一起，电子在面内运动受到的势垒阻碍作用小，室温下电子的平均自由程可达到微米级，这可有助于提升铝基体的电导率。
目前，石墨烯/铝复合材料制备的主要环节是石墨烯与微米级铝粉球磨混粉，该路线的显著不足有两点：在微观尺度上石墨烯难以与铝粉混合；石墨烯在铝基体中容易团聚，从而影响其导电性能的发挥。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯分散均匀线径为0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，以解决因石墨烯团聚引起的石墨烯/铝复合材料导电性能降低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件和超声波环境下，以乙醇为溶剂，分别制得石墨烯分散液和纳米铝粉分散液；
(2)在电磁搅拌和超声波环境条件下，将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照混合，将混合分散液烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个纳米铝粉-石墨烯预制块；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到金属模具中，得到石墨烯/铝复合材料铸锭；
(4)将石墨烯/铝复合材料铸锭加热到450℃，保温10-30min，进行挤压变形处理，得到石墨烯/铝复合材料杆件；
(5)将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后进行12道次室温拉拔变形，得到石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到所述电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
优选的，所述步骤(1)中，石墨烯分散液浓度为是0.35mg/mL。
优选的，所述步骤(1)中，纳米铝粉分散液浓度为100mg/mL。
优选的，所述步骤(1)中，制备石墨烯分散液和纳米铝粉分散液时，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W。
优选的，所述步骤(2)中，纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1～1.5的比例混合。
优选的，所述步骤(2)中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa。
优选的，所述步骤(3)中，金属模具的内径为20mm，所述步骤(4)中，石墨烯/铝复合材料杆件的直径为5mm，所述步骤(5)中，石墨烯/铝复合材料单丝的直径为0.5mm。
优选的，所述步骤(5)中，12道次室温拉拔变形的模具孔径依次为：4.2mm、3.6mm、2.8mm、2.4mm、2.0mm、1.7mm、1.4mm、1.2mm、1mm、0.8mm、0.6mm、0.5mm。
优选的，所述步骤(5)中，12道次室温拉拔变形的拉拔速率依次为：第1-3次为12-15mm/s；第4-7次为20-25mm/s；第8-9次为30-35mm/s；第10-12次为35-40mm/s。
有益效果：本发明提供的方法，使用超声分散混合的方法实现石墨烯和纳米铝粉的均匀混合，经过压制成预制块使得复合材料形态稳定，之后利用感应炉熔炼纯铝锭，利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，浇注得到石墨烯/铝复合材料铸锭。铸锭经热挤压和拉拔处理，得到直径0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝。超声分散混合方法使得石墨烯和纳米铝粉混合更加均匀，且具有纳米铝粉包裹石墨烯的结构，熔炼过程中铝粉容易进入熔体，包裹的石墨烯容易在熔体中分散开来，从而容易获得石墨烯分散均匀的石墨烯/铝复合材料铸锭，克服了石墨烯团聚问题，有利于提高复合材料的导电性能和力学性能。
附图说明
图1本发明制备的石墨烯/铝复合材料单丝的实物图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例1
一种石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件下将石墨烯粉体引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将石墨烯-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为0.35mg/mL的石墨烯分散均匀的石墨烯分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
在电磁搅拌条件下将纳米铝粉引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将铝粉-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为100mg/mL的铝粉分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
(2)在电磁搅拌和随后的大功率超声波环境条件下将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1的比例混合搅拌，搅拌时间和超声处理时间分别为0.5h和1h，混合分散液70℃下烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个预制块；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到内径为20mm的金属模具中，得到石墨烯质量含量为0.05％的石墨烯/铝复合材料铸锭；
(3)将直径20mm的石墨烯/铝复合材料铸锭加入到450℃，保温30min，进行挤压变形处理，得到直径5mm的石墨烯/铝复合材料杆件；将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后在表2所示的速率下进行如表1所示的12道次室温拉拔变形，得到直径0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
表1拉拔过程各道次模孔直径
表2拉拔过程各道次的拉拔速率
实施例2
一种石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件下将石墨烯粉体引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将石墨烯-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为0.35mg/mL的石墨烯分散均匀的石墨烯分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
在电磁搅拌条件下将纳米铝粉引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将铝粉-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为100mg/mL的铝粉分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
(2)在电磁搅拌和随后的大功率超声波环境条件下将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1.2的比例混合搅拌，搅拌时间和超声处理时间分别为0.5h和1h，混合分散液70℃下烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个预制块；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到内径为20mm的金属模具中，得到石墨烯质量含量为0.05％的石墨烯/铝复合材料铸锭；
(4)将直径20mm的石墨烯/铝复合材料铸锭加入到450℃，保温30min，进行挤压变形处理，得到直径5mm的石墨烯/铝复合材料杆件；将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后在表2所示的速率下进行如表1所示的12道次室温拉拔变形，得到直径0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
实施例3
一种石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件下将石墨烯粉体引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将石墨烯-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为0.35mg/mL的石墨烯分散均匀的石墨烯分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
在电磁搅拌条件下将纳米铝粉引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将铝粉-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为100mg/mL的铝粉分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
(2)在电磁搅拌和随后的大功率超声波环境条件下将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1.5的比例混合搅拌，搅拌时间和超声处理时间分别为0.5h和1h，混合分散液70℃下烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个预制块；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到内径为20mm的金属模具中，得到石墨烯质量含量为0.05％的石墨烯/铝复合材料铸锭；
(4)将直径20mm的石墨烯/铝复合材料铸锭加入到450℃，保温30min，进行挤压变形处理，得到直径5mm的石墨烯/铝复合材料杆件；将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后在表2所示的速率下进行如表1所示的12道次室温拉拔变形，得到直径0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
实施例4
一种石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件下将石墨烯粉体引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将石墨烯-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为0.35mg/mL的石墨烯分散均匀的石墨烯分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
在电磁搅拌条件下将纳米铝粉引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将铝粉-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为100mg/mL的铝粉分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
(2)在电磁搅拌和随后的大功率超声波环境条件下将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1.2的比例混合搅拌，搅拌时间和超声处理时间分别为0.5h和1h，混合分散液70℃下烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个预制块；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到内径为20mm的金属模具中，得到石墨烯质量含量为0.025％的的石墨烯/铝复合材料铸锭；
(4)直径将20mm的石墨烯/铝复合材料铸锭加入到450℃，保温30min，进行挤压变形处理，得到直径5mm的石墨烯/铝复合材料杆件；将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后在表2所示的速率下进行如表1所示的12道次室温拉拔变形，得到直径0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
实施例5
一种石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件下将石墨烯粉体引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将石墨烯-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为0.35mg/mL的石墨烯分散均匀的石墨烯分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
在电磁搅拌条件下将纳米铝粉引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将铝粉-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为100mg/mL的铝粉分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
(2)在电磁搅拌和随后的大功率超声波环境条件下将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1.2的比例混合搅拌，搅拌时间和超声处理时间分别为0.5h和1h，混合分散液70℃下烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个预制块；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到内径为20mm的金属模具中，得到石墨烯质量含量为0.075％的石墨烯/铝复合材料铸锭；
(4)将直径20mm的石墨烯/铝复合材料铸锭加入到450℃，保温30min，进行挤压变形处理，得到直径5mm的石墨烯/铝复合材料杆件；将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后在表2所示的速率下进行如表1所示的12道次室温拉拔变形，得到直径0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
实施例6
一种石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件下将石墨烯粉体引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将石墨烯-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为0.35mg/mL的石墨烯分散均匀的石墨烯分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
在电磁搅拌条件下将纳米铝粉引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将铝粉-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为100mg/mL的铝粉分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
(2)在电磁搅拌和随后的大功率超声波环境条件下将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1.2的比例混合搅拌，搅拌时间和超声处理时间分别为0.5h和1h，混合分散液70℃下烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个预制块；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到内径为20mm的金属模具中，得到石墨烯质量含量为0.1％的石墨烯/铝复合材料铸锭；
(4)将直径20mm的石墨烯/铝复合材料铸锭加入到450℃，保温30min，进行挤压变形处理，得到直径5mm的石墨烯/铝复合材料杆件；将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后在表2所示的速率下进行如表1所示的12道次室温拉拔变形，得到直径0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
实施例7
一种石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件下将石墨烯粉体引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将石墨烯-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为0.35mg/mL的石墨烯分散均匀的石墨烯分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
在电磁搅拌条件下将纳米铝粉引入到无水乙醇中，搅拌时间为1h，随后将铝粉-无水乙醇混合溶液在大功率超声波环境下进行分散处理，超声时间为2h，制备浓度为100mg/mL的铝粉分散液；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W；
(2)在电磁搅拌和随后的大功率超声波环境条件下将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1.2的比例混合搅拌，搅拌时间和超声处理时间分别为0.5h和1h，混合分散液70℃下烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个预制块；其中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到内径为20mm的金属模具中，得到石墨烯质量含量为0.05％的石墨烯/铝复合材料铸锭；
(4)将直径20mm的石墨烯/铝复合材料铸锭加入到450℃，保温30min，进行挤压变形处理，得到直径5mm的石墨烯/铝复合材料杆件；将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后在表2所示的速率下进行如表1所示的12道次室温拉拔变形，得到直径0.5mm的石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
对以上七组实施例得到的石墨烯/铝复合材料进行力学性能和导电性能的测试，得到结果如表4，5，6所示，石墨烯分散液和纳米铝粉比例对复合材料的力学性能几乎没有影响，但是对复合材料的导电性能有一定影响，退火后复合材料的强度明显降低，塑性有所提高，导电性也有小幅提升。石墨烯含量增加，有助于复合材料强度和导电性能的提升。
表3热处理前后石墨烯分散液和纳米铝粉分散液体积比对线径0.5mm石墨烯/铝复合材料单丝性能的影响(石墨烯质量含量为0.05％)
表4热处理前后石墨烯含量对线径0.5mm石墨烯/铝复合材料单丝性能的影响(石墨烯分散液和纳米铝粉分散液体积比为1:1)
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取石墨烯粉体和纳米铝粉，在电磁搅拌条件和超声波环境下，以乙醇为溶剂，分别制得石墨烯分散液和纳米铝粉分散液；
(2)在电磁搅拌和超声波环境条件下，将纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照混合，将混合分散液烘干，得到纳米铝粉包裹石墨烯的混合物粉体，利用压片机将烘干的混合物粉体压制成多个纳米铝粉-石墨烯预制块；
(3)将纯铝放入感应炉中，铝熔体温度达到750℃时利用石墨罩将纳米铝粉-石墨烯预制块压入到铝熔体中，并保温15-20min，得到石墨烯/铝熔体，随后将石墨烯/铝熔体冷却到710℃，并将石墨烯/铝熔体浇注到金属模具中，得到石墨烯/铝复合材料铸锭；
(4)将石墨烯/铝复合材料铸锭加热到450℃，保温10-30min，进行挤压变形处理，得到石墨烯/铝复合材料杆件；
(5)将石墨烯/铝复合材料杆件在300℃下退火3h，随后进行12道次室温拉拔变形，得到石墨烯/铝复合材料单丝，最后石墨烯/铝复合材料单丝在300℃下退火2h，得到所述电缆用石墨烯/铝复合材料单丝。
2.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，石墨烯分散液浓度为是0.35mg/mL。
3.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，纳米铝粉分散液浓度为100mg/mL。
4.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，制备石墨烯分散液和纳米铝粉分散液时，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W。
5.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，纳米铝粉分散液和石墨烯分散液按照体积比1:1～1.5的比例混合。
6.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，电磁搅拌的转速不低于800转/min，超声波的功率不低于600W，压片机的压力不低于20Mpa。
7.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，金属模具的内径为20mm，所述步骤(4)中，石墨烯/铝复合材料杆件的直径为5mm，所述步骤(5)中，石墨烯/铝复合材料单丝的直径为0.5mm。
8.根据权利要求1所述的电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，12道次室温拉拔变形的模具孔径依次为：4.2mm、3.6mm、2.8mm、2.4mm、2.0mm、1.7mm、1.4mm、1.2mm、1mm、0.8mm、0.6mm、0.5mm。
9.根据权利要求1或8所述的电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，12道次室温拉拔变形的拉拔速率依次为：第1-3次为12-15mm/s；第4-7次为20-25mm/s；第8-9次为30-35mm/s；第10-12次为35-40mm/s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910433203.2A CN110144480B (zh) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | 一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910433203.2A CN110144480B (zh) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | 一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110144480A true CN110144480A (zh) | 2019-08-20 |
| CN110144480B CN110144480B (zh) | 2020-06-02 |
Family
ID=67592784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910433203.2A Active CN110144480B (zh) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | 一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110144480B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110512122A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-29 | 广州埃烯金属科技有限公司 | 一种石墨烯复合稀土变质亚共晶Al-Si-Mg铸造合金及其制备方法 |
| CN111321314A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-23 | 西安交通大学 | 一种强界面结合强度石墨烯增强铝基复合材料的制备方法 |
| CN112941359A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-11 | 南昌大学 | 一种细化铝合金半固态组织的制备方法 |
| CN112941357A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-11 | 南昌大学 | 一种石墨烯和稀土复合增强铝合金半固态浆料的制备方法 |
| CN113838614A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-12-24 | 安徽天康(集团)股份有限公司 | 一种石墨烯改性铝基复合导线及其制备方法 |
| CN115302193A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-11-08 | 西北工业大学 | 一种性能呈径向梯度分布的GNPs/Al复合材料丝材的制备方法 |
| RU2790846C1 (ru) * | 2022-02-21 | 2023-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения наноструктурированных композитов на основе бескислородного графена и оксидов алюминия или церия |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104862508A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-08-26 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种铝基石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN105063401A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-11-18 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种铝基烯合金的制备方法 |
| CN105861865A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-08-17 | 南昌航空大学 | 一种微波烧结制备石墨烯增强铝基复合材料的方法 |
| KR20170057610A (ko) * | 2015-11-17 | 2017-05-25 | 이성균 | 폴리도파민·기능성 나노 소재가 코팅된 섬유 합금 성형체 |
| US20180126456A1 (en) * | 2015-03-10 | 2018-05-10 | Kang Pyo So | Metal-Nanostructure Composites |
-
2019
- 2019-05-23 CN CN201910433203.2A patent/CN110144480B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180126456A1 (en) * | 2015-03-10 | 2018-05-10 | Kang Pyo So | Metal-Nanostructure Composites |
| CN104862508A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-08-26 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种铝基石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN105063401A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-11-18 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种铝基烯合金的制备方法 |
| KR20170057610A (ko) * | 2015-11-17 | 2017-05-25 | 이성균 | 폴리도파민·기능성 나노 소재가 코팅된 섬유 합금 성형체 |
| CN105861865A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-08-17 | 南昌航空大学 | 一种微波烧结制备石墨烯增强铝基复合材料的方法 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110512122A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-29 | 广州埃烯金属科技有限公司 | 一种石墨烯复合稀土变质亚共晶Al-Si-Mg铸造合金及其制备方法 |
| CN110512122B (zh) * | 2019-08-30 | 2021-07-27 | 广州埃烯金属科技有限公司 | 一种石墨烯复合稀土变质亚共晶Al-Si-Mg铸造合金及其制备方法 |
| CN111321314A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-23 | 西安交通大学 | 一种强界面结合强度石墨烯增强铝基复合材料的制备方法 |
| CN111321314B (zh) * | 2020-02-28 | 2021-04-20 | 西安交通大学 | 一种强界面结合强度石墨烯增强铝基复合材料的制备方法 |
| CN112941359A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-11 | 南昌大学 | 一种细化铝合金半固态组织的制备方法 |
| CN112941357A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-11 | 南昌大学 | 一种石墨烯和稀土复合增强铝合金半固态浆料的制备方法 |
| CN113838614A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-12-24 | 安徽天康(集团)股份有限公司 | 一种石墨烯改性铝基复合导线及其制备方法 |
| CN113838614B (zh) * | 2021-08-03 | 2023-09-26 | 安徽天康(集团)股份有限公司 | 一种石墨烯改性铝基复合导线及其制备方法 |
| RU2790846C1 (ru) * | 2022-02-21 | 2023-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения наноструктурированных композитов на основе бескислородного графена и оксидов алюминия или церия |
| CN115302193A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-11-08 | 西北工业大学 | 一种性能呈径向梯度分布的GNPs/Al复合材料丝材的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110144480B (zh) | 2020-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110144480A (zh) | 一种电缆用石墨烯/铝复合材料单丝的制备方法 | |
| CN110055444A (zh) | 一种高导电石墨烯/铝基复合材料的制备方法 | |
| CN107675028A (zh) | 一种单层石墨烯/铝复合材料及其制备方法 | |
| CN103290252B (zh) | 一种高强高导的铬锆铜合金及其加工工艺 | |
| CN103276235B (zh) | 高能球磨法制备超细掺杂AgSnO2电触头材料的方法 | |
| CN102560172B (zh) | 一种制备高强高导弥散强化铜的方法 | |
| CN102856009B (zh) | 一种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法 | |
| CN101338389A (zh) | 整体弥散铜制备用稀土铜合金材料的制备工艺方法 | |
| CN103831422B (zh) | 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法 | |
| CN101586198A (zh) | 一种高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺 | |
| CN106041061A (zh) | 一种高性能低损耗的复合磁粉芯及其制备方法 | |
| CN106205935B (zh) | 一种非晶态软磁复合磁粉芯及其制备方法 | |
| CN105274397A (zh) | 一种高强特耐热铝合金导线及其制备方法 | |
| CN109554588B (zh) | 一种气凝胶增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN103143582B (zh) | 一种高导电率的铝合金板挤压成形装置及工艺 | |
| CN102682920A (zh) | 一种铝镁合金线材的生产方法 | |
| CN102682921B (zh) | 一种铝镁合金连续双级退火方法 | |
| CN104746068A (zh) | 一种用于铁基合金表面激光熔覆的铜基涂层及其制备方法 | |
| CN108866397A (zh) | 高导热铝合金材料的制备方法及高导热铝合金 | |
| CN103774071B (zh) | 一种具有球形第二相超塑性镁合金的制备方法 | |
| CN102031467B (zh) | 一种利用磁场制备原位形变Cu-Ag复合材料的方法 | |
| CN105895191B (zh) | 一种基于银纳米纤维的低温银浆及其制备方法 | |
| CN109456593A (zh) | 一种pa6基导热复合材料及其制备方法 | |
| CN109112375A (zh) | 一种高性能烯镁合金的制备方法 | |
| CN107604227A (zh) | 一种镁合金铸锭及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |