CN110600161A - 一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法 - Google Patents

一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，该方法包括：一、在氧化石墨烯水溶液中加入硅酸钠和抗坏血酸搅匀并保温静置，经冷冻后干燥得多孔石墨烯胶体；二、将铜银合金熔液浇注到底部加有多孔石墨烯胶体的水冷铜模中冷却，得石墨烯增强铜银合金柱体；三、将石墨烯增强铜银合金柱体热挤压得挤压复合棒；四、将挤压复合棒拉拔得复合芯棒；五、将复合芯棒定尺裁剪、校直和清洗后装入铜管中进行热挤压和拉拔，得石墨烯增强铜银复合线材。本发明在熔炼铜银合金中引入多孔石墨烯胶体，使石墨烯均匀弥散分布在铜银合金中形成石墨烯片层结构的增强相，提高了石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度及电导率。

Description

一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法。
背景技术
高强度高电导率铜基复合材料的设计原理是在充分发挥铜的优良导电特性的基础上引入颗粒、纤维等增强相大幅改善材料力学性能，特别是材料的抗拉强度。在诸多传统强项材料中，CuNb和CuAg材料受到了重点关注。铌材料具有良好的变形塑性，可经历大塑性变形，而且铌与铜基体之间固溶度极小，避免了中间相的影响。因此，CuNb材料是目前兼顾度和电导性能的最佳材料之一，主要用在高场脉冲磁体等极端条件下。CuAg材料则是从材料的起始端入手，通过合金熔炼的方式形成铜银合金(铜银合金较易熔炼)，银以共晶组织和二次析出相的形式分布于先共晶铜基体中，由于其尺寸降至微米级别，大幅降低了材料的塑性变形程度，更易于获得纳米连续纤维，实现材料强度的大幅提升。而且银纤维本身具有良好的电导特性，可以提升复合材料的整体导电性能。铜银材料主要应用于高性能传输线领域。
随着脉冲磁体、接触线和传输线等应用的不断发展，对高强高导铜基材料提出了更高要求，研究者们正在尝试引入新的增强相，在稳步提升材料强度的同时保持基体的高电导率特性。石墨烯是近年来发现的一种新型纳米材料，它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯具有高强度、高导电导热性等优异性能，其断裂强度是高强度钢的200倍，弹性变形到自身尺寸的20％，是目前所发现的电阻率最小的材料。近年来关于石墨烯的研究、产业化发展迅速。因此将石墨烯引入高强高导铜复合材料，充分发挥石墨烯的强度、电导优势，可进一步提升复合材料的整体性能。石墨烯的引入方式得到了广泛研究，作为高强高导宏观体材料，如何在基体材料中形成分布均匀弥散的石墨烯片层结构，是石墨烯增强复合材料的一大难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法。该方法利用石墨烯高强度、高电导率的优点，在熔炼铜银合金中引入多孔石墨烯胶体，使石墨烯均匀弥散分布在铜银合金中形成石墨烯片层结构的增强相，实现了石墨烯和共晶组织的均匀分布，提高了石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度及电导率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在氧化石墨烯水溶液中加入硅酸钠粘结剂和抗坏血酸还原剂搅拌均匀并保温静置，然后进行冷冻处理，再置于空气中干燥，得到多孔石墨烯胶体；
步骤二、采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液，然后将步骤一中得到的多孔石墨烯胶体加入到真空感应炉的水冷铜模底部，将铜银合金熔液浇注到加入有多孔石墨烯胶体的水冷铜模中进行冷却，得到石墨烯增强铜银合金柱体；
步骤三、将步骤二中得到的石墨烯增强铜银合金柱体进行热挤压，得到挤压复合棒；
步骤四、将步骤三中得到的挤压复合棒进行拉拔，得到复合芯棒；所述拉拔过程中进行中间热处理；
步骤五、将步骤四中得到的复合芯棒依次进行定尺裁剪、校直和清洗，然后将多根经清洗后的复合芯棒集束组装入铜管中，并将铜管两端进行真空电子束封焊得到包套体，再将包套体依次进行热挤压和拉拔，得到石墨烯增强铜银复合线材；所述拉拔过程中进行中间热处理；所述石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度大于980MPa，电导率大于84.0％IACS。
本发明从合金的熔炼入手，充分利用铜、银熔点接近，熔炼均匀性较好的特点，在熔炼铜银合金的过程中引入多孔石墨烯胶体，使铜银合金熔液与多孔石墨烯胶体混合均匀，由于多孔石墨烯胶体中的石墨烯分散均匀且稳定，混合冷却后石墨烯均匀弥散分布在铜银合金中形成石墨烯片层结构的增强相，实现了石墨烯和共晶组织的均匀分布，提高了石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度及电导率；同时，石墨烯均匀分布在铜银合金中，在后续的挤压、拉拔和集束组装后挤压、拉拔过程中，充分发挥了石墨烯的良好润滑特性，改善了石墨烯增强铜银合金材料的塑性变形能力，有利于得到纳米尺寸银纤维，进一步提高了石墨烯增强铜银合金复合线材的抗拉强度。
上述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为10mg/mL～20mg/mL，所述硅酸钠粘结剂的加入量为氧化石墨烯水溶液质量的10％～15％，抗坏血酸还原剂的加入量与氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为1：10；所述保温静置的温度为60℃～80℃，时间为3h～4h，所述干燥的时间为3天～5天。上述各工艺参数有利于得到石墨烯分布均匀且性能稳定的多孔石墨烯胶体。
上述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述多孔石墨烯胶体的孔隙率为60％～70％，直径为45mm～68mm，所述多孔石墨烯胶体中石墨烯的片层厚度小于0.7mm。具有上述尺寸的多孔石墨烯胶体容易与铜银合金溶液混合均匀，促进了石墨烯均匀弥散在铜银合金中。
上述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述铜银合金熔液中银的质量含量为12％～24％；所述真空感应炉熔炼铜银合金前采用高纯氩气洗炉两次，熔炼铜银合金过程中采用高纯氩气保护，铜银合金熔化后采用电磁搅拌并在温度为1300℃～1400℃的条件下保温0.5h，所述铜银合金熔液浇注前抽真空至1×10-3Pa，浇注时间为10s～15s；所述高纯氩气的质量纯度不小于99.95％。上述公司参数促进了铜银合金的充分熔化混匀，从而有利于后续石墨烯的弥散均匀，同时避免了引入杂质，提高了石墨烯增强铜银复合线材的质量，有利于提高石墨烯增强铜银复合线材的强度和电导率。
上述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述热挤压的工艺参数为：温度660℃～680℃，保温时间2h～3h，挤压比7.11～10.24，步骤五中所述热挤压的工艺参数均为：温度680℃～700℃，保温时间2h～3h，挤压比8.08；步骤三和步骤五中所述热挤压的挤压速度均为0.3m/min～0.35m/min。上述工艺参数有利于各步骤中热挤压的顺利进行。
上述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述中间热处理在拉拔总加工率为68％～81％时进行，步骤五中所述中间热处理在经拉拔后的包套体的直径为9mm～10mm时进行，步骤四和步骤五中所述中间热处理的温度均为650℃～700℃，保温时间均为2.5h～3.5h。上述中间热处理工艺有效降低了拉拔应力，对应改善了复合芯棒和石墨烯增强铜银复合线材的质量。
上述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述复合芯棒的截面为正六边形。该截面形状的复合芯棒排列紧凑，避免了乱芯现象。
上述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述经清洗后的复合芯棒集束组装的根数为565～583，所述铜管的外径为100mm，壁厚为5mm～6mm，长度为240mm～280mm。
上述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述石墨烯增强铜银复合线材的横截面面积小于12mm2，长度大于100m。上述尺寸的石墨烯增强铜银复合线材在传输线领域的应用更为广泛。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用石墨烯高强度、高电导率的优点，在熔炼铜银合金中引入多孔石墨烯胶体，使石墨烯均匀弥散分布在铜银合金中形成石墨烯片层结构的增强相，实现了石墨烯和共晶组织的均匀分布，提高了石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度及电导率。
2、本发明使石墨烯均匀分布在铜银合金中得到石墨烯增强铜银合金，然后依次进行挤压、拉拔集束组装后挤压和拉拔，充分发挥了石墨烯的良好润滑特性，改善了石墨烯增强铜银合金的塑性变形能力，有利于得到纳米尺寸银纤维，进一步提高了石墨烯增强铜银合金复合线材的抗拉强度。
3、本发明发挥了集束拉拔技术的优势，通过多芯集束的方式进而获得了充分纳米化的银纤维，在大截面尺寸条件下实现了纳米纤维的充分强化，从而进一步石墨烯增强铜银复合线材的强度。
4、本发明制备得到的石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度大于980MPa，电导率大于84.0％IACS。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、在浓度为10mg/mL的氧化石墨烯水溶液中加入硅酸钠粘结剂和抗坏血酸还原剂搅拌均匀，并置于烘箱中在温度为60℃的条件下保温静置4h，然后进行冷冻处理，再置于空气中干燥4天，得到多孔石墨烯胶体；所述硅酸钠粘结剂的加入量为氧化石墨烯水溶液质量的10％，抗坏血酸还原剂的加入量与氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为1：10；所述多孔石墨烯胶体的孔隙率为60％，直径为45mm，长度为140mm，所述多孔石墨烯胶体中石墨烯的片层厚度为0.6mm；
步骤二、采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液，然后将步骤一中得到的多孔石墨烯胶体加入到真空感应炉的水冷铜模底部，将铜银合金熔液浇注到加入有多孔石墨烯胶体的水冷铜模中进行冷却，得到直径为44mm的石墨烯增强铜银合金柱体；所述铜银合金熔液中银的质量含量为12％；所述真空感应炉熔炼铜银合金前采用高纯氩气洗炉两次，熔炼铜银合金过程中采用高纯氩气保护，铜银合金熔化后采用电磁搅拌并在温度为1300℃的条件下保温0.5h，所述铜银合金熔液浇注前抽真空至1×10-3Pa，浇注时间为10s；所述高纯氩气的质量纯度均为99.99％；
步骤三、将步骤二中得到的石墨烯增强铜银合金柱体去除棒体两端的气孔和冒口，然后进行热挤压，得到直径为15mm的挤压复合棒；所述热挤压的工艺参数为：温度660℃，保温时间3h，挤压比9，挤压速度0.3m/min；
步骤四、将步骤三中得到的挤压复合棒依次采用17块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到截面为正六边形的复合芯棒；所述拉拔过程中经拉拔后的挤压复合棒的直径为8.49mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至650℃保温时间3.5h后随炉冷却；所述复合芯棒正六边形截面的对边距为3.37mm；
步骤五、将步骤四中得到的复合芯棒依次按照280mm进行定尺裁剪、校直和清洗，然后将565根经清洗后的复合芯棒集束组装入外径为100mm、壁厚为5.5mm、长度为280mm的铜管中，并将铜管两端进行真空电子束封焊得到包套体，再将包套体进行热挤压，得到直径为35mm的挤压棒，再依次采用27块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到石墨烯增强铜银复合线材；所述热挤压的工艺参数为：温度700℃，保温时间2h，挤压比8.08，挤压速度0.3m/min；所述拉拔过程中经拉拔后的包套体的直径为9.51mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至650℃保温3.5h后随炉冷却。
经检测，本实施例制备得到的石墨烯增强铜银复合线材的横截面为3mm×4mm(长×宽)的矩形，长度为165mm，该石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度为982MPa，电导率为84.5％IACS。
实施例2
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、在浓度为15mg/mL的氧化石墨烯水溶液中加入硅酸钠粘结剂和抗坏血酸还原剂搅拌均匀，并置于烘箱中在温度为70℃的条件下保温静置3.5h，然后进行冷冻处理，再置于空气中干燥5天，得到多孔石墨烯胶体；所述硅酸钠粘结剂的加入量为氧化石墨烯水溶液质量的10％，抗坏血酸还原剂的加入量与氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为1：10；所述多孔石墨烯胶体的孔隙率为70％，直径为68mm，长度为210mm，所述多孔石墨烯胶体中石墨烯的片层厚度为0.65mm；
步骤二、采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液，然后将步骤一中得到的多孔石墨烯胶体加入到真空感应炉的水冷铜模底部，将铜银合金熔液浇注到加入有多孔石墨烯胶体的水冷铜模中进行冷却，得到直径为64mm的石墨烯增强铜银合金柱体；所述铜银合金熔液中银的质量含量为12％；所述真空感应炉熔炼铜银合金前采用高纯氩气洗炉两次，熔炼铜银合金过程中采用高纯氩气保护，铜银合金熔化后采用电磁搅拌并在温度为1400℃的条件下保温0.5h，所述铜银合金熔液浇注前抽真空至1×10-3Pa，浇注时间为15s；所述高纯氩气的质量纯度均为99.95％；
步骤三、将步骤二中得到的石墨烯增强铜银合金柱体去除棒体两端的气孔和冒口，然后进行热挤压，得到直径为20mm的挤压复合棒；所述热挤压的工艺参数为：温度670℃，保温时间2.5h，挤压比10.24，挤压速度0.35m/min；
步骤四、将步骤三中得到的挤压复合棒依次采用21块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到截面为正六边形的复合芯棒；所述拉拔过程中经拉拔后的挤压复合棒的直径为9.63mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至670℃保温3h后随炉冷却；所述复合芯棒正六边形截面的对边距为3.35mm；
步骤五、将步骤四中得到的复合芯棒依次按照260mm进行定尺裁剪、校直和清洗，然后将571根经清洗后的复合芯棒集束组装入外径为99.5mm、壁厚为6mm、长度为260mm的铜管中，并将铜管两端进行真空电子束封焊得到包套体，再将包套体进行热挤压，得到直径为35mm的挤压棒，再依次采用27块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到石墨烯增强铜银复合线材；所述热挤压的工艺参数为：温度680℃，保温时间3h，挤压比8.08，挤压速度0.35m/min；所述拉拔过程中经拉拔后的包套体的直径为9.51mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至700℃保温3h后随炉冷却。
经检测，本实施例制备得到的石墨烯增强铜银复合线材的横截面为3mm×4mm(长×宽)的矩形，长度为149mm，该石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度为1025MPa，电导率为84.0％IACS。
实施例3
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、在浓度为20mg/mL的氧化石墨烯水溶液中加入硅酸钠粘结剂和抗坏血酸还原剂搅拌均匀，并置于烘箱中在温度为80℃的条件下保温静置4h，然后进行冷冻处理，再置于空气中干燥5天，得到多孔石墨烯胶体；所述硅酸钠粘结剂的加入量为氧化石墨烯水溶液质量的15％，抗坏血酸还原剂的加入量与氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为1：10；所述多孔石墨烯胶体的孔隙率为65％，直径为68mm，长度为190mm，所述多孔石墨烯胶体中石墨烯的片层厚度为0.7mm；
步骤二、采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液，然后将步骤一中得到的多孔石墨烯胶体加入到真空感应炉的水冷铜模底部，将铜银合金熔液浇注到加入有多孔石墨烯胶体的水冷铜模中进行冷却，得到直径为64mm的石墨烯增强铜银合金柱体；所述铜银合金熔液中银的质量含量为24％；所述真空感应炉熔炼铜银合金前采用高纯氩气洗炉两次，熔炼铜银合金过程中采用高纯氩气保护，铜银合金熔化后采用电磁搅拌并在温度为1350℃的条件下保温0.5h，所述铜银合金熔液浇注前抽真空至1×10-3Pa，浇注时间为13s；所述高纯氩气的质量纯度均为99.99％；
步骤三、将步骤二中得到的石墨烯增强铜银合金柱体去除棒体两端的气孔和冒口，然后进行热挤压，得到直径为20mm的挤压复合棒；所述热挤压的工艺参数为：温度680℃，保温时间2h，挤压比10.24，挤压速度0.35m/min；
步骤四、将步骤三中得到的挤压复合棒依次采用21块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到截面为正六边形的复合芯棒；所述拉拔过程中经拉拔后的挤压复合棒的直径为8.87mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至650℃保温3h后随炉冷却；所述复合芯棒正六边形截面的对边距为3.30mm；
步骤五、将步骤四中得到的复合芯棒依次按照270mm进行定尺裁剪、校直和清洗，然后将577根经清洗后的复合芯棒集束组装入外径为100mm，壁厚为6mm，长度为270mm的铜管中，并将铜管两端进行真空电子束封焊得到包套体，再将包套体进行热挤压，得到直径为35mm的挤压棒，再依次采用27块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到石墨烯增强铜银复合线材；所述热挤压的工艺参数为：温度680℃，保温时间3h，挤压比8.08，挤压速度0.35m/min；所述拉拔过程中经拉拔后的包套体的直径为10.32mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至680℃保温3.5h后随炉冷却。
经检测，本实施例制备得到的石墨烯增强铜银复合线材的横截面为3mm×4mm(长×宽)的矩形，长度为159mm，该石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度为1012MPa，电导率为84.3％IACS。
实施例4
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、在浓度为10mg/mL的氧化石墨烯水溶液中加入硅酸钠粘结剂和抗坏血酸还原剂搅拌均匀，并置于烘箱中在温度为70℃的条件下保温静置3h，然后进行冷冻处理，再置于空气中干燥3天，得到多孔石墨烯胶体；所述硅酸钠粘结剂的加入量为氧化石墨烯水溶液质量的12％，抗坏血酸还原剂的加入量与氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为1：10；所述多孔石墨烯胶体的孔隙率为70％，直径为48mm，长度为160mm，所述多孔石墨烯胶体中石墨烯的片层厚度为0.7mm；
步骤二、采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液，然后将步骤一中得到的多孔石墨烯胶体加入到真空感应炉的水冷铜模底部，将铜银合金熔液浇注到加入有多孔石墨烯胶体的水冷铜模中进行冷却，得到直径为45mm的石墨烯增强铜银合金柱体；所述铜银合金熔液中银的质量含量为18％；所述真空感应炉熔炼铜银合金前采用高纯氩气洗炉两次，熔炼铜银合金过程中采用高纯氩气保护，铜银合金熔化后采用电磁搅拌并在温度为1400℃的条件下保温0.5h，所述铜银合金熔液浇注前抽真空至1×10-3Pa，浇注时间为10s；所述高纯氩气的质量纯度均为99.99％；
步骤三、将步骤二中得到的石墨烯增强铜银合金柱体去除棒体两端的气孔和冒口，然后进行热挤压，得到直径为15mm的挤压复合棒；所述热挤压的工艺参数为：温度670℃，保温时间2.5h，挤压比9，挤压速度0.35m/min；
步骤四、将步骤三中得到的挤压复合棒依次采用18块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到截面为正六边形的复合芯棒；所述拉拔过程中经拉拔后的挤压复合棒的直径为8.49mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至700℃保温2h后随炉冷却；所述复合芯棒正六边形截面的对边距为3.30mm；
步骤五、将步骤四中得到的复合芯棒依次按照260mm进行定尺裁剪、校直和清洗，然后将583根经清洗后的复合芯棒集束组装入外径为100mm，壁厚为5mm，长度为260mm的铜管中，并将铜管两端进行真空电子束封焊得到包套体，再将包套体进行热挤压，得到直径为35mm的挤压棒，再依次采用27块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到石墨烯增强铜银复合线材；所述热挤压的工艺参数为：温度690℃，保温时间2.5h，挤压比8.08，挤压速度0.35m/min；所述拉拔过程中经拉拔后的包套体的直径为10.32mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至700℃保温2.5h后随炉冷却。
经检测，本实施例制备得到的石墨烯增强铜银复合线材的横截面为2mm×4mm(长×宽)的矩形，长度为249mm，该石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度为995MPa，电导率为85.1％IACS。
实施例5
本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一、在浓度为16mg/mL的氧化石墨烯水溶液中加入硅酸钠粘结剂和抗坏血酸还原剂搅拌均匀，并置于烘箱中在温度为60℃的条件下保温静置4h，然后进行冷冻处理，再置于空气中干燥4天，得到多孔石墨烯胶体；所述硅酸钠粘结剂的加入量为氧化石墨烯水溶液质量的10％，抗坏血酸还原剂的加入量与氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为1：10；所述多孔石墨烯胶体的孔隙率为65％，直径为47mm，长度为170mm，所述多孔石墨烯胶体中石墨烯的片层厚度为0.7mm；
步骤二、采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液，然后将步骤一中得到的多孔石墨烯胶体加入到真空感应炉的水冷铜模底部，将铜银合金熔液浇注到加入有多孔石墨烯胶体的水冷铜模中进行冷却，得到直径为45mm的石墨烯增强铜银合金柱体；所述铜银合金熔液中银的质量含量为16％；所述真空感应炉熔炼铜银合金前采用高纯氩气洗炉两次，熔炼铜银合金过程中采用高纯氩气保护，铜银合金熔化后采用电磁搅拌并在温度为1300℃的条件下保温0.5h，所述铜银合金熔液浇注前抽真空至1×10-3Pa，浇注时间为12s；所述高纯氩气的质量纯度均为99.99％；
步骤三、将步骤二中得到的石墨烯增强铜银合金柱体去除棒体两端的气孔和冒口，然后进行热挤压，得到直径为15mm的挤压复合棒；所述热挤压的工艺参数为：温度680℃，保温时间2h，挤压比7.11，挤压速度0.3m/min；
步骤四、将步骤三中得到的挤压复合棒依次采用18块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到截面为正六边形的复合芯棒；所述拉拔过程中经拉拔后的挤压复合棒的直径为7.83mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至700℃保温时间2h后随炉冷却；所述复合芯棒正六边形截面的对边距为3.37mm；
步骤五、将步骤四中得到的复合芯棒依次按照240mm进行定尺裁剪、校直和清洗，然后将571根经清洗后的复合芯棒集束组装入外径为100mm，壁厚为5.5mm，长度为240mm的铜管中，并将铜管两端进行真空电子束封焊得到包套体，再将包套体进行热挤压，得到直径为35mm的挤压棒，再依次采用27块拉拔模进行拉拔，每道次拉拔加工率均为15％，得到石墨烯增强铜银复合线材；所述热挤压的工艺参数为：温度700℃，保温时间2.5h，挤压比8.08，挤压速度0.3m/min；所述拉拔过程中经拉拔后的包套体的直径为9.51mm时进行中间热处理，所述中间热处理的具体过程为：在真空条件下，以10℃/min升温至700℃保温2.5h后随炉冷却。
经检测，本实施例制备得到的石墨烯增强铜银复合线材的横截面为2mm×3mm(长×宽)的矩形，长度为307mm，该石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度为1095MPa，电导率为84.7％IACS。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在氧化石墨烯水溶液中加入硅酸钠粘结剂和抗坏血酸还原剂搅拌均匀并保温静置，然后进行冷冻处理，再置于空气中干燥，得到多孔石墨烯胶体；
步骤二、采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液，然后将步骤一中得到的多孔石墨烯胶体加入到真空感应炉的水冷铜模底部，将铜银合金熔液浇注到加入有多孔石墨烯胶体的水冷铜模中进行冷却，得到石墨烯增强铜银合金柱体；
步骤三、将步骤二中得到的石墨烯增强铜银合金柱体进行热挤压，得到挤压复合棒；
步骤四、将步骤三中得到的挤压复合棒进行拉拔，得到复合芯棒；所述拉拔过程中进行中间热处理；
步骤五、将步骤四中得到的复合芯棒依次进行定尺裁剪、校直和清洗，然后将多根经清洗后的复合芯棒集束组装入铜管中，并将铜管两端进行真空电子束封焊得到包套体，再将包套体依次进行热挤压和拉拔，得到石墨烯增强铜银复合线材；所述拉拔过程中进行中间热处理；所述石墨烯增强铜银复合线材的抗拉强度大于980MPa，电导率大于84.0％IACS。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为10mg/mL～20mg/mL，所述硅酸钠粘结剂的加入量为氧化石墨烯水溶液质量的10％～15％，抗坏血酸还原剂的加入量与氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为1∶10；所述保温静置的温度为60℃～80℃，时间为3h～4h，所述干燥的时间为3天～5天。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述多孔石墨烯胶体的孔隙率为60％～70％，直径为45mm～68mm，所述多孔石墨烯胶体中石墨烯的片层厚度小于0.7mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述铜银合金熔液中银的质量含量为12％～24％；所述真空感应炉熔炼铜银合金前采用高纯氩气洗炉两次，熔炼铜银合金过程中采用高纯氩气保护，铜银合金熔化后采用电磁搅拌并在温度为1300℃～1400℃的条件下保温0.5h，所述铜银合金熔液浇注前抽真空至1×10-3Pa，浇注时间为10s～15s；所述高纯氩气的质量纯度不小于99.95％。
5.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述热挤压的工艺参数为：温度660℃～680℃，保温时间2h～3h，挤压比7.11～10.24，步骤五中所述热挤压的工艺参数均为：温度680℃～700℃，保温时间2h～3h，挤压比8.08；步骤三和步骤五中所述热挤压的挤压速度均为0.3m/min～0.35m/min。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述中间热处理在拉拔总加工率为68％～81％时进行，步骤五中所述中间热处理在经拉拔后的包套体的直径为9mm～10mm时进行，步骤四和步骤五中所述中间热处理的温度均为650℃～700℃，保温时间均为2.5h～3.5h。
7.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述复合芯棒的截面为正六边形。
8.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述经清洗后的复合芯棒集束组装的根数为565～583，所述铜管的外径为100mm，壁厚为5mm～6mm，长度为240mm～280mm。
9.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率石墨烯增强铜银复合线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述石墨烯增强铜银复合线材的横截面面积小于12mm2，长度大于100m。
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