CN111799016B - 一种呈星型分布的铜银合金复合线材 - Google Patents

Abstract

一种呈星型分布的铜银合金复合线材，包括若干个铜银合金体、以及浇注在铜银合金体之间及其外表面的石墨烯胶层，石墨烯胶层外套设有纯铜层。该呈星型分布的铜银合金复合线材，其中石墨烯‑铜银合金体的制备：将S2制备的铜银合金熔液浇注至多个浇注腔内冷却得到铜银合金体；S32待铜银合金体冷却至80℃以下，然后在各个铜银合金体之间、铜银合金体和冷却模侧壁之间的孔隙内浇注石墨烯胶体，再冷却得到包覆有石墨烯胶层、呈星型分布的铜银合金体；本发明通过先浇注多个均分等份铜银合金体，并且在各铜银合金体的之间及其外表面浇注石墨烯胶层，进而提高铜银合金复合线材的导电率，加强铜银合金复合线材的抗拉强度。

Description

一种呈星型分布的铜银合金复合线材

技术领域

本发明涉及一种铜银合金复合线材，尤其是涉及一种呈星型分布的铜银合金复合线材。

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。其中，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。

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公开了通过在真空感应炉的水冷铜模底部浇筑多孔石墨烯胶体，使铜银合金熔液与多孔石墨烯胶体混合均匀，多孔石墨烯胶体中的石墨烯分散均匀且稳定，使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，进而提高复合线材的抗拉强度及电导率，但由于石墨烯胶体仅在铜银合金底部形成，对符合线材的抗拉强度及电导率的提高幅度极其有限，仍无法满足市场上对铜银复合线材高强度高电导率的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高强度高电导率、结构简单、制备成本低的呈星型分布的铜银合金复合线材。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种呈星型分布的铜银合金复合线材，包括若干个铜银合金体、以及浇注在铜银合金体之间及其外表面的石墨烯胶层，石墨烯胶层外套设有纯铜层。

其中，所述石墨烯胶层的厚度≥1mm。

所述铜银合金体的数量为3～8个。

在某一示范实施例中，所述呈星型分布的铜银合金复合线材的制备方法，包括以下步骤：

S1、石墨烯胶体的制备：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；

S2、铜银合金熔液的制备：按原料配比称取铜粉和银粉，采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液；

S3、石墨烯-铜银合金体的制备：包括

S31铜银合金体的浇注冷却成型：将S2制备的铜银合金熔液浇注至设有多个内置在冷却模内、且由分隔架分隔而成的浇注腔内冷却得到铜银合金体；

S32在铜银合金体之间及其外表面浇注石墨烯胶层：待铜银合金体冷却至80℃以下，将内置在冷却模内的分隔架取出，然后在各个铜银合金体之间、铜银合金体和冷却模侧壁之间的孔隙内浇注石墨烯胶体，再冷却得到包覆有石墨烯胶层、呈星型分布的铜银合金体；

S4、包覆纯铜层：将纯铜熔化，并浇铸在步骤S3制备的铜银合金体外层；

S5、热挤压、拉拔、裁剪：在650～700℃下对步骤S4制得的石墨烯-铜银合金体进行热挤压，保温时间为1.5～2.5h、挤压比为6～8，得到石墨烯-铜银合金体线材，再经拉拔、裁剪即得铜银合金复合线材。

其中，步骤S2中，所述原料配比按照重量百分比为：银8～10％、石墨烯0.3～1.0％、铜89～91.7％。

在某一示范实施例中，所述冷却模包括水冷铜模和内置于水冷铜模内的分隔架，所述分隔架包括外框架、内支杆以及连接内支杆和外框架的分隔板，分隔板将内支杆、外框架之间的空腔分隔成若干等分的浇注腔，所述水冷铜模底部设有放置分隔架的卡放槽，卡放槽与分隔架底部密封连接。

在某一示范实施例中，所述分隔板的横截面沿外框架向内支杆逐渐递减或为长方形。

本发明一种呈星型分布的铜银合金复合线材的有益效果：

本发明通过在铜银合金复合线材的铜银合金浇注时将现有技术中的整个铜银合金体分成多个均分等份铜银合金体，并且在各铜银合金体的之间及其外表面浇注石墨烯胶层，增加石墨烯胶层与铜银合金体之间的接触面积，进而提高铜银合金复合线材的导电率。

本发明通过对铜银合金复合线材浇注后在高温下进行热挤压，增强石墨烯胶层和铜银合金体之间的连接，进而加强铜银合金复合线材的抗拉强度。

本发明采用独特的冷却模，解决了现有的铜银合金复合线材中石墨烯的分散不均匀的难题，有效地提高了石墨烯在铜银合金复合线材中的分布度，并通过对石墨烯胶层进行特定的分布结构设计，尤其是位于铜银合金体之间的第一石墨烯胶层其横截面的自内至外逐渐递增，使石墨烯胶层的含量与铜银合金含量的比例呈正比递增，进而加强石墨烯和铜银合金体之间的协同效应，提高铜银合金复合线材的强度和导电率。

附图说明

图1—为实施例1中一种呈星型分布的铜银合金复合线材的横截面结构示意图；

图2—为实施例1中一种呈星型分布的铜银合金复合线材的制备用冷却模的结构示意图；

图3—为实施例2中一种呈星型分布的铜银合金复合线材的制备用冷却模的结构示意图。

图中：1—铜银合金体，2—石墨胶层，21—第一石墨胶层，22—第二石墨胶层，3—纯铜层，4—分隔板，5—内支杆，6—外框架，7—水冷铜模。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1～2，本实施例的一种呈星型分布的铜银合金复合线材，包括5个铜银合金体1、以及浇注在铜银合金体1之间及其外表面的石墨烯胶层2，石墨烯胶层2包括位于铜银合金体1之间的第一石墨烯胶层21、和位于铜银合金体1外表面的第二石墨烯胶层22，第二石墨烯胶层22外套设有纯铜层3。

其中，所述石墨烯胶层2的厚度≥1mm。

本实施例所述呈星型分布的铜银合金复合线材的制备方法，包括以下步骤：

S1、石墨烯胶体的制备：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；

S2、铜银合金熔液的制备：按原料配比称取铜粉和银粉，采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液；所述原料配比按照重量百分比为：银8～10％、石墨烯0.3～1.0％、铜89～91.7％。

S3、石墨烯-铜银合金体的制备：包括

S31铜银合金体1的浇注冷却成型：将S2制备的铜银合金熔液浇注至设有多个内置在冷却模内、且由分隔架分隔而成的浇注腔内冷却得到铜银合金体1；

S32在铜银合金体1之间及其外表面浇注石墨烯胶层2：待铜银合金体1冷却至80℃以下，将内置在冷却模内的分隔架取出，然后在各个铜银合金体1之间、铜银合金体1和冷却模侧壁之间的孔隙内浇注石墨烯胶体，再冷却得到包覆有石墨烯胶层2、呈星型分布的铜银合金体；

S4、包覆纯铜层3：将纯铜熔化，并浇铸在步骤S3制备的铜银合金体外层；S5、热挤压、拉拔、裁剪：在650～700℃下对步骤S4制得的石墨烯-铜银合金体进行热挤压，保温时间为1.5～2.5h、挤压比为6～8，得到石墨烯-铜银合金体线材，再经拉拔、裁剪即得铜银合金复合线材。

参见图2，所述冷却模包括水冷铜模7和内置于水冷铜模7内的分隔架，所述分隔架包括外框架6、内支杆5以及连接内支杆5和外框架6的分隔板4，分隔板4将内支杆5、外框架6之间的空腔分隔成若干等分的浇注腔，所述水冷铜模7底部设有放置分隔架的卡放槽，卡放槽与分隔架底部密封连接。其中，外框架6和水冷铜模7呈正五边柱形。

所述分隔板4的横截面沿外框架6向内支杆5逐渐递减。

实施例2

参照图3，本实施例的一种呈星型分布的铜银合金复合线材，与实施例1相比，存在以下不同：

所述分隔板4的横截面为长方形。其中，外框架6和水冷铜模7呈圆柱形。

需要说明的是，本发明的一种呈星型分布的铜银合金复合线材，铜银合金体1的数量还可以为3、4或8个，以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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，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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (7)

1.一种呈星型分布的铜银合金复合线材，其特征在于，包括若干个铜银合金体、以及浇注在铜银合金体之间及其外表面的石墨烯胶层，石墨烯胶层外套设有纯铜层；所述呈星型分布的铜银合金复合线材采用冷却模浇注而成，所述冷却模包括水冷铜模和内置于水冷铜模内的分隔架，所述分隔架包括外框架、内支杆以及连接内支杆和外框架的分隔板，分隔板将内支杆、外框架之间的空腔分隔成若干等分的浇注腔，所述水冷铜模底部设有放置分隔架的卡放槽，卡放槽与分隔架底部密封连接。

2.如权利要求1所述呈星型分布的铜银合金复合线材，其特征在于，所述石墨烯胶层的厚度≥1mm。

3.如权利要求1或2所述呈星型分布的铜银合金复合线材，其特征在于，所述呈星型分布的铜银合金复合线材的制备方法，包括以下步骤：

S1、石墨烯胶体的制备；

S2、铜银合金熔液的制备：按原料配比称取铜粉和银粉，采用真空感应炉熔炼铜银合金得到铜银合金熔液；

S3、石墨烯-铜银合金体的制备：包括

S31铜银合金体的浇注冷却成型：将S2制备的铜银合金熔液浇注至设有多个内置在冷却模内、且由分隔架分隔而成的浇注腔内冷却得到铜银合金体；

S32在铜银合金体之间及其外表面浇注石墨烯胶层：待铜银合金体冷却至80℃以下，将内置在冷却模内的分隔架取出，然后在各个铜银合金体之间、铜银合金体和冷却模侧壁之间的孔隙内浇注石墨烯胶体，再冷却得到包覆有石墨烯胶层、呈星型分布的铜银合金体；

S4、包覆纯铜层：将纯铜熔化，并浇铸在步骤S3制备的铜银合金体外层；

S5、热挤压、拉拔、裁剪：在650～700℃下对步骤S4制得的石墨烯-铜银合金体进行热挤压，保温时间为1.5～2.5h、挤压比为6～8，得到石墨烯-铜银合金体线材，再经拉拔、裁剪即得铜银合金复合线材。

4.如权利要求3所述呈星型分布的铜银合金复合线材，其特征在于：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。

5.如权利要求3所述呈星型分布的铜银合金复合线材，其特征在于，步骤S2中，所述原料配比按照重量百分比为：银8～10％、石墨烯0.3～1.0％、铜89～91.7％。

6.如权利要求1所述呈星型分布的铜银合金复合线材，其特征在于，所述分隔板的横截面沿外框架向内支杆逐渐递减或为长方形。

7.如权利要求1所述呈星型分布的铜银合金复合线材，其特征在于，所述铜银合金体的数量为3～8个。

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