CN114530291B - 一种铜/石墨烯复合导线的制备方法 - Google Patents
一种铜/石墨烯复合导线的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114530291B CN114530291B CN202210205038.7A CN202210205038A CN114530291B CN 114530291 B CN114530291 B CN 114530291B CN 202210205038 A CN202210205038 A CN 202210205038A CN 114530291 B CN114530291 B CN 114530291B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- composite wire
- powder
- graphene
- copper pipe
- 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.)
- Active
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 176
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 143
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 142
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 131
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 100
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 79
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 84
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 19
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000000713 high-energy ball milling Methods 0.000 claims description 9
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XTYUEDCPRIMJNG-UHFFFAOYSA-N copper zirconium Chemical compound [Cu].[Zr] XTYUEDCPRIMJNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 5
- BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N (S)-malic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 4
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- GXDVEXJTVGRLNW-UHFFFAOYSA-N [Cr].[Cu] Chemical compound [Cr].[Cu] GXDVEXJTVGRLNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N alpha-hydroxysuccinic acid Natural products OC(=O)C(O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229960004494 calcium gluconate Drugs 0.000 claims description 4
- 235000013927 calcium gluconate Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000004227 calcium gluconate Substances 0.000 claims description 4
- NEEHYRZPVYRGPP-UHFFFAOYSA-L calcium;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanoate Chemical compound [Ca+2].OCC(O)C(O)C(O)C(O)C([O-])=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C([O-])=O NEEHYRZPVYRGPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- BVSORMQQJSEYOG-UHFFFAOYSA-N copper niobium Chemical compound [Cu].[Cu].[Nb] BVSORMQQJSEYOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YCKOAAUKSGOOJH-UHFFFAOYSA-N copper silver Chemical compound [Cu].[Ag].[Ag] YCKOAAUKSGOOJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 4
- JLRJWBUSTKIQQH-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);triacetate Chemical compound [La+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O JLRJWBUSTKIQQH-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 claims description 4
- 235000011090 malic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000001630 malic acid Substances 0.000 claims description 4
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 claims description 4
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 claims description 3
- 235000001727 glucose Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005242 forging Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 2
- 229940057995 liquid paraffin Drugs 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AHADSRNLHOHMQK-UHFFFAOYSA-N methylidenecopper Chemical compound [Cu].[C] AHADSRNLHOHMQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0016—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for heat treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供一种铜/石墨烯复合导线的制备方法，首先将铜粉与有机碳源进行均匀混合得到复合前驱体粉末，然后将复合前驱体粉末填装入铜管中，两端封闭，经过旋锻、孔型轧或拉拔，得到复合导线，最后该复合导线经热处理转变为铜/石墨烯复合导线。本发明的铜/石墨烯复合导线的制备方法具有简单易行，易于批量化生产，并且石墨烯在制备过程中由铜基体原位内生，质量高，分散性好，与基体的界面结合力强，有助于提升导线的综合性能，在电工材料领域、能源相关领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于铜/石墨烯复合材料制备领域，具体涉及一种铜/石墨烯复合导线的制备方法。
背景技术
导电材料是能源与电力行业最重要的基础性材料。传统铜导体是一种具有良好的导电导热性能、使用量大、应用面广的一类导电材料。随着社会和科技的迅速发展，各行各业对导电铜材料的性能要求越来越高。由铜和石墨烯复合而成的铜基复合材料，有望借助于石墨烯的高强、高导以及高载流特性获得性能上的进一步突破。因此，目前铜/石墨烯复合材料是电工材料领域、能源相关领域研究中最受关注的材料。
然而，受材料物性的影响，铜/石墨烯复合材料在研发过程中存在技术瓶颈，例如，石墨烯由于范德华力的作用容易团聚在一起，铜和石墨烯界面不浸润，界面连接性差，从而导致后续加工困难。目前制备铜/石墨烯复合材料的主要方法包括传统粉末冶金法、电化学沉积法、CVD生长法。粉末冶金法是将石墨烯粉末和铜粉混合批量制备铜/石墨烯复合材料。其中，铜与石墨烯粉末混合包括球磨混合、化学反应混合、表面处理混合等。球磨混合很难避免石墨烯的团聚，而且过程中石墨烯的结构会有不同程度的破坏；利用化学的方法有利于实现Cu与石墨烯的良好结合，但是此类工艺复杂，不环保，制得的氧化石墨烯晶化程度差，缺陷多，往往需要还原处理，制得的复合材料性能也远低于预期值。电化学沉积是通过表面修饰使石墨烯均匀分散在铜电的解液中，利用电镀原理使铜与石墨烯一起沉积成膜。该方法的优点是易实现石墨烯的均匀分散，缺点是微观组织比较疏松，且受薄膜尺寸限制很难制备成其它型材。CVD是目前制备高质量石墨烯最为常用的工艺，其利用高温下气态碳源(甲烷、乙炔等)在单晶或多晶铜箔衬底表面分解后组装生成单层或多层石墨烯。这种方法制备的石墨烯可以实现大面积生长，且原位生长的石墨烯与铜基体可以自然保持良好的界面结合，有效避免界面孔洞等问题；但仅在铜箔表面生长一层或几层石墨烯然后通过叠层制备复合材料，工艺复杂，很难实现量产和应用。而目前在制造电缆、绕制电机绕组线圈等都需要使用线材，亟需开发新的制备工艺，大批量制备高质量铜/石墨烯复合导线，同时解决石墨烯分散、铜碳界面结合问题及导线成材问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种铜/石墨烯复合导线的制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将铜粉与有机碳源按照一定比例混合均匀，制备铜粉与有机碳源的复合前驱体粉末；
步骤二、将所述步骤一中的复合前驱体粉末装入铜管中，将铜管的两端用金属堵头封闭；
步骤三、将所述步骤二中的装填有所述复合前驱体粉末的铜管进行塑性加工制成复合线材；
步骤四、对步骤三得到的复合线材进行热处理，从而获得铜/石墨烯复合导线。
进一步地，所述有机碳源为含有C、H元素的有机物。
进一步地，所述有机物为石蜡、葡萄糖、硬脂酸、苹果酸、马来酸、硬脂酸锌、异丙醇铝、钛酸四丁酯、乙酸镧或葡萄糖钙。
进一步地，所述步骤一中，将所述铜粉与有机碳源按照质量百分比为95:5～99.999：0.001在研钵中混合研磨均匀，或者放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨处理，或者将二者放入酒精、丙酮或去离子水中超声或磁搅拌均匀，在烘箱中烘干，从而制备铜粉与有机碳源的复合前驱体粉末。
进一步地，所述步骤三中，对装填有所述复合前驱体粉末的铜管进行塑性加工包括：旋锻、拉拔或孔型轧制所述铜管得到单芯复合线材或将多根单芯复合线材再次装填进铜管中，再经过旋锻、拉拔或孔型轧制铜管得到多芯复合线材。
进一步地，所述步骤四中，对所述复合线材进行热处理包括：将所述复合线材放入热处理炉中，在真空或氩气环境下，加热速率1～10℃/min，加热至热处理温度700℃～1000℃，保温时间为5min～1h，之后随炉冷却；或将所述复合线材放入CVD炉中，在通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，Ar与H2的流量比为500sccm:50sccm～500sccm:500sccm；加热速率1～10℃/min，加热至600℃～1000℃，保温时间为5min～30min，之后随炉冷却；从而获得铜/石墨烯复合导线。
进一步地，所述铜粉为纯铜粉、铜银合金粉、铜铬合金粉、铜铌合金粉或铜锆合金粉。
进一步地，所述步骤一中的所述铜粉的质量纯度不低于99％，所述有机碳源的质量纯度不低于95％。
有益效果：
本发明的铜/石墨烯复合导线的制备方法简单易行，易于批量化生产，并且石墨烯在制备过程中由铜基体原位内生，质量高，分散性好，与基体的界面结合力强，有助于提升导线的综合性能。
附图说明
图1a为本发明实施例1的制备方法得到的铜/石墨烯复合导线的扫描电子显微组织形貌的示意图；
图1b为本发明实施例1的制备方法得到的铜/石墨烯复合导线的拉曼光谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的一种铜/石墨烯复合导线的制备方法，具备包括如下步骤：
步骤一、将铜粉与有机碳源按照质量百分比为95:5～99.999:0.001在研钵中混合研磨均匀，或者放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨处理，或者将二者放入酒精、丙酮或去离子水等有机溶剂中超声、磁搅拌均匀，在烘箱中烘干，制备铜粉与有机碳源的复合前驱体粉末。
步骤二、将所述步骤一中铜粉与有机碳源的复合前驱体粉末装入铜管中，将铜管的两端用金属堵头封闭。
步骤三、将所述步骤二中的装填有所述复合前驱体粉末的铜管进行塑性加工制成线材：包括旋锻、拉拔或孔型轧制所述铜管得到单芯复合线材；或将多根单芯复合线材再次装填进另一铜管中，再经过旋锻、拉拔或孔型轧制得到多芯复合线材。
步骤四，将步骤三得到的单芯复合线材或多芯复合线材放入热处理炉中，在真空或氩气环境下，加热速率1～10℃/min，加热至热处理温度700℃～1000℃，保温时间为5min～1h，之后随炉冷却；或将步骤三得到的所述单芯复合线材或多芯复合线材放入CVD炉中，在通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，所述Ar与H2的流量比为500sccm:50sccm～500sccm:500sccm，加热速率1～10℃/min，加热至600℃～1000℃，保温时间为5min～30min，之后随炉冷却；从而获得铜/石墨烯复合导线。
优选的，所述步骤一中所述有机碳源为含有C、H元素的有机物，包括但不限于石蜡、葡萄糖、硬脂酸、苹果酸、马来酸、硬脂酸锌、异丙醇铝、钛酸四丁酯、乙酸镧、葡萄糖钙。
优选的，所述铜粉包括纯铜粉、铜银合金粉、铜铬合金粉、铜铌合金粉或铜锆合金粉。
进一步地，所述铜粉质量纯度不低于99％，所述有机碳源质量纯度均不低于95％。
以下结合具体实施方式进一步说明本发明。
实施例1
将纯度为99.99％的铜粉与纯度为99％的液体石蜡按照99.5:0.5的质量百分比进行配比，放入研钵中研磨均匀。将研磨后的混合粉末装填入外径6mm，内径4mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管采用孔型轧机制备成外径为3mm，再将其拉拔为外径为0.5mm的线材。将复合线材放入热处理炉中，在真空度1×10-3Pa的环境下，加热速率5℃/min，加热至热处理温度700℃，保温时间1h，之后随炉冷却得到铜/石墨烯复合导线，该复合导线的微观组织如图1a所示，经拉曼光谱分析，该复合导线芯部生成了石墨烯，如图1b所示。经检测，本实施例制备的铜/石墨烯复合导线的电导率达93％IACS。
实施例2
将纯度为99％的铜粉与纯度为95％的葡萄糖按照99.999:0.001的质量百分比进行配比，在去离子水中磁搅拌30min混合均匀。然后放入真空烘箱，在60℃下烘干。将烘干后的混合粉末装填入外径8mm，内径5mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管旋锻至外径4mm，再将其拉拔为外径为1mm的线材。将复合线材放入热处理炉中，在氩气的环境下，加热速率3℃/min，加热至热处理温度800℃，保温时间30min，之后随炉冷却得到铜/石墨烯复合导线。然后再将该导线拉拔至0.3mm。经检测，本实施例制备的铜/石墨烯复合导线的电导率达98％IACS。
实施例3
将纯度为99.9％的铜粉与纯度为95％的苹果酸按照99:1的质量百分比进行配比，放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨30min。将球磨后的混合粉末装填入外径10mm，内径6mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管旋锻至外径为5mm，再将其拉拔为外径为1mm的复合线材。将复合线材放入热处理炉中，在真空度1×10-3Pa的环境下，先按照加热速率3℃/min，加热至热处理温度300℃，再按照10℃/min加热至800℃，然后按照2℃/min，加热至热处理温度900℃，保温时间30min，之后随炉冷却得到铜/石墨烯复合导线，然后再将该导线拉拔至0.5mm。经检测，本实施例制备的铜/石墨烯复合导线的电导率达95％IACS。
实施例4
将纯度为99％的铜镍粉与纯度为99％的硬脂酸按照99.95:0.05的质量百分比进行配比，放入研钵中研磨均匀。将研磨后的混合粉末装填入外径6mm，内径4mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管采用孔型轧机制备成外径为3mm，再将其拉拔为外径为0.5mm的复合线材。将复合线材放入CVD炉中，在通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，Ar与H2的流量比为500sccm:50sccm；加热速率2℃/min，加热至800℃，保温时间为10min，之后关闭H2随炉冷却，得到铜/石墨烯复合导线。将该复合导线进一步拉拔至0.1mm,经检测，本实施例制备的0.1mm铜/石墨烯复合导线的电导率达95％IACS。
实施例5
将纯度为99.9％的铜铬粉与纯度为99％的马来酸按照98:2的质量百分比进行配比，放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨1h。将球磨后的混合粉末装填入外径10mm，内径5mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管旋锻至外径4mm，再将其拉拔为外径为1mm的复合线材。将复合线材放入CVD炉中，在通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，Ar与H2的流量比为500sccm:200sccm；加热速率5℃/min，加热至900℃，保温时间为30min，之后关闭H2随炉冷却，得到铜/石墨烯复合导线。将该复合导线进一步拉拔至0.3mm，经检测，本实施例制备的0.3mm铜/石墨烯复合导线的电导率高于90％IACS。
实施例6
将纯度为99％的铜银粉与纯度为99％的马来酸酐按照95:5的质量百分比进行配比，放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨1h。将球磨后的混合粉末装填入外径15mm，内径8mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管旋锻至外径5mm，再将其拉拔为外径为2mm的复合线材。将复合线材放入CVD炉中，通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，Ar与H2的流量比为500sccm:500sccm；加热速率1℃/min，加热至600℃，保温时间为30min，之后关闭H2随炉冷却，得到铜/石墨烯复合导线。将该复合导线进一步拉拔至0.5mm,得到直径为0.5mm的铜/石墨烯复合导线。
实施例7
将纯度为99％的铜粉与纯度为99％的硬脂酸锌按照99.9:0.1的质量百分比进行配比，放置于研钵中研磨30min。将研磨后的混合粉末装填入外径6mm，内径4mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管拉拔为外径为0.5mm的复合线材。将复合线材放入将放入热处理炉中，在真空度1×10-3Pa的环境下，加热速率5℃/min，加热至热处理温度1000℃，保温时间5min，之后随炉冷却。然后将热处理后的铜/石墨烯复合导线再经拉拔至0.2mm。最后将多根0.2mm的铜/石墨烯复合导线装入外径为6mm，内径4mm的纯铜管中，进行旋锻和拉拔，得到直径为0.5mm的多芯的铜/石墨烯复合导线。
实施例8
将纯度为99.99％的铜粉与纯度为95％的钛酸四丁酯按照98.5:1.5的质量百分比进行配比，放置于研钵中在通风橱中研磨30min。将研磨后的混合粉末装填入外径6mm，内径4mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管孔型扎至外径为2.5mm的线材，再经拉拔为直径0.3mm的复合线材。将复合线材放入将放入热处理炉中，在真空度1×10-3Pa的环境下，加热速率2℃/min加热至200℃，8℃/min加热至800℃，然后1℃/min加热至850℃，保温时间30min，之后随炉冷却得到直径为0.3mm的铜/石墨烯复合导线。
实施例9
将纯度为99％的纯铜粉与纯度为95％的乙酸镧按照99:1的质量百分比进行配比，放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨30min。将球磨后的混合粉末装填入外径10mm，内径8mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管旋锻至外径4mm，再将其拉拔为外径为1mm的复合线材。将复合线材放入CVD炉中，通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，Ar与H2的流量比为500sccm:200sccm；加热速率2℃/min，加热至900℃，保温时间为30min，之后关闭H2随炉冷却，得到铜/石墨烯复合导线。将该复合导线进一步拉拔至0.5mm,得到直径为0.5mm的铜/石墨烯复合导线，其电导率为93.5％IACS。
实施例10
将纯度为99.9％的铜粉与纯度为95％的异丙醇铝按照99.5:0.5的质量百分比进行配比，放置于研钵中研磨1h。将研磨后的混合粉末装填入外径6mm，内径4mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管孔型扎至外径为3mm的线材，再经拉拔为直径0.5mm的复合线材。将复合线材放入将放入热处理炉中，在真空度1×10-3Pa的环境下，加热速率2℃/min加热至200℃，10℃/min加热至800℃，然后2℃/min加热至900℃，保温时间1h，之后随炉冷却。然后再经拉拔得到直径为0.3mm的铜/石墨烯复合导线。最后将多根直径0.3mm的铜/石墨烯复合导线装入外径为6mm，内径4mm的纯铜管中，进行旋锻和拉拔，得到直径为0.5mm的多芯的铜/石墨烯复合导线。
实施例11
将纯度为99％的纯铜粉与纯度为99％的葡萄糖酸钙按照99.75:0.25的质量百分比进行配比，放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨30min。将球磨后的混合粉末装填入外径8mm，内径5mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管旋锻至外径4mm，再将其拉拔为外径为1mm的复合线材。将复合线材放入CVD炉中，通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，Ar与H2的流量比为200sccm:100sccm；加热速率2℃/min，加热至300℃；再10℃/min加热至900℃；再2℃/min加热至1000℃，保温时间为5min；之后关闭H2随炉冷却，得到铜/石墨烯复合导线。将该复合导线进一步拉拔至0.5mm,得到直径为0.5mm的铜/石墨烯复合导线，其电导率达96％IACS。
实施例12
将纯度为99.99％的铜锆粉与纯度为90％的聚甲基丙烯酸甲酯按照99:1的质量百分比进行配比，放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨1h。将球磨后的混合粉末装填入外径6mm，内径4mm的纯铜管中，纯铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜锆管孔型轧至外径3mm，再将其拉拔为外径为1mm的复合线材。将复合线材放入CVD炉中，通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，Ar与H2的流量比为500sccm:100sccm；加热速率2℃/min，加热至200℃；再5℃/min加热至800℃，保温时间为10min；之后关闭H2随炉冷却，得到铜/石墨烯复合导线。将该复合导线进一步拉拔至0.3mm,得到直径为0.3mm的铜/石墨烯复合导线。
实施例13
将纯度为99.99％的铜铌粉与纯度为99％的液体石蜡按照99.5:0.5的质量百分比进行配比，放置于研钵中研磨30min。将研磨后的混合粉末装填入外径5mm，内径3mm的铜管中，铜管两端用铜堵头封闭。将装填后的铜管孔型轧至外径3mm，再将其拉拔为外径为0.5mm的复合线材。将复合线材放入热处理炉中炉中，通有保护气氛Ar的环境下进行热处理；首先按照加热速率2℃/min，加热至200℃；再按照5℃/min加热至850℃，保温时间为10min；之后随炉冷却得到铜/石墨烯复合导线。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种铜/石墨烯复合导线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一、将铜粉与有机碳源按照一定比例混合均匀，制备铜粉与有机碳源的复合前驱体粉末；所述有机碳源为含有C、H元素的有机物；
步骤二、将所述步骤一中的复合前驱体粉末装入铜管中，将铜管的两端用金属堵头封闭；
步骤三、将所述步骤二中的装填有所述复合前驱体粉末的铜管进行塑性加工制成复合线材；对装填有所述复合前驱体粉末的铜管进行塑性加工包括：旋锻、拉拔或孔型轧制所述铜管得到单芯复合线材或将多根单芯复合线材再次装填进铜管中，再经过旋锻、拉拔或孔型轧制铜管得到多芯复合线材；
步骤四、对步骤三得到的复合线材进行热处理，从而获得铜/石墨烯复合导线；对所述复合线材进行热处理包括：将所述复合线材放入热处理炉中，在真空或氩气环境下，加热速率1~10℃/min，加热至热处理温度700 ℃~1000 ℃，保温时间为5 min~1 h，之后随炉冷却；或将所述复合线材放入CVD炉中，在通有保护气氛Ar与H2的环境下进行热处理，Ar与H2的流量比为500sccm:50sccm-500sccm:500sccm；加热速率1~10℃/min，加热至600℃~1000℃，保温时间为5min~30 min，之后随炉冷却；从而获得铜/石墨烯复合导线。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机物为石蜡、葡萄糖、硬脂酸、苹果酸、马来酸、硬脂酸锌、异丙醇铝、钛酸四丁酯、乙酸镧或葡萄糖钙。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，将所述铜粉与有机碳源按照质量百分比为95:5~99.999：0.001在研钵中混合研磨均匀，或者放置于高能球磨机的球磨罐中进行高能球磨处理，或者将二者放入酒精、丙酮或去离子水中超声或磁搅拌均匀，在烘箱中烘干，从而制备铜粉与有机碳源的复合前驱体粉末。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铜粉为纯铜粉、铜银合金粉、铜铬合金粉、铜铌合金粉或铜锆合金粉。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的所述铜粉的质量纯度不低于99％，所述有机碳源的质量纯度不低于95％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210205038.7A CN114530291B (zh) | 2022-03-02 | 2022-03-02 | 一种铜/石墨烯复合导线的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210205038.7A CN114530291B (zh) | 2022-03-02 | 2022-03-02 | 一种铜/石墨烯复合导线的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114530291A CN114530291A (zh) | 2022-05-24 |
| CN114530291B true CN114530291B (zh) | 2024-01-12 |
Family
ID=81626872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210205038.7A Active CN114530291B (zh) | 2022-03-02 | 2022-03-02 | 一种铜/石墨烯复合导线的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114530291B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108320834A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-07-24 | 西北有色金属研究院 | 一种Cu/C复合线材的制备方法 |
| CN112981159A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 中国科学院电工研究所 | 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法 |
| CN113012860A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-22 | 中国科学院电工研究所 | 一种超高导电铜/纳米碳复合导线的制备方法 |
-
2022
- 2022-03-02 CN CN202210205038.7A patent/CN114530291B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108320834A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-07-24 | 西北有色金属研究院 | 一种Cu/C复合线材的制备方法 |
| CN112981159A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 中国科学院电工研究所 | 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法 |
| CN113012860A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-22 | 中国科学院电工研究所 | 一种超高导电铜/纳米碳复合导线的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114530291A (zh) | 2022-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112981159B (zh) | 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法 | |
| CN108573763B (zh) | 电线电缆导体、石墨烯包覆金属粉体和导体的制备方法 | |
| CN110157932B (zh) | 一种基于原位合成的石墨烯改性铜基电触头材料的制备方法 | |
| CN108689398B (zh) | 一种可控的氮掺杂碳纳米管的制备方法 | |
| CN108598412B (zh) | 基于金属有机物的硅合金复合负极材料及其制备方法 | |
| CN109585187B (zh) | 石墨烯包覆铜粉体的制备方法、铜-石墨烯电触头及其制备方法 | |
| CN109304478B (zh) | 一步法制备石墨烯/铜复合粉体的方法 | |
| CN104091949A (zh) | 一种炭包覆金属氟化物核壳结构纳米材料、制备方法及其作为锂电池正极材料的应用 | |
| CN110846529A (zh) | 石墨烯增强铜复合材料的制备方法 | |
| CN112011705A (zh) | 纳米碳增强铜基复合材料批量制备方法 | |
| CN109365799B (zh) | 石墨烯包覆金属粉体的制备方法及金属基-石墨烯电触点 | |
| CN113186417A (zh) | 一种氧化石墨烯-碳量子点增强铜基复合材料的制备方法 | |
| CN108677048B (zh) | 一种掺氮石墨烯的银基复合材料及其制备方法 | |
| CN111154994B (zh) | 石墨烯铝复合材料及其制备方法 | |
| CN114645149B (zh) | 一种具有复合界面结构的原位自生石墨烯/铜复合材料的制备方法 | |
| CN111318713A (zh) | 一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法 | |
| CN114574728A (zh) | 一种具有优异综合性能的Cu-Y3Zr4O12复合材料制备方法 | |
| CN114530291B (zh) | 一种铜/石墨烯复合导线的制备方法 | |
| CN116287850B (zh) | 一种石墨烯改性的铜基复合材料制备方法 | |
| CN116727676A (zh) | 一种氮掺杂碳纳米管增强的高导电铜基复合材料的制备方法 | |
| CN117604318A (zh) | 一种具有取向双峰结构的原位自生石墨烯/铜复合材料及其制备方法 | |
| CN108306023B (zh) | 一种BN/CuAg/CNT复合材料及其制备方法和用途 | |
| CN114345664B (zh) | 石墨烯表面包覆的高导电铜线及其制备方法 | |
| CN111041542B (zh) | 具有复合电镀纳米碳金属膜的复合金属丝及其制备方法 | |
| CN101515493A (zh) | 一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法 |
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 |