[發明專利]一種高強高導石墨烯銅復合線材及其制備方法

有效

• 申請號: 202011134558.0
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112359244B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 楊振;馮雪;解浩峰;彭麗軍;黃國杰;張文婧;米緒軍
• 申請（專利權）人: 有研工程技術研究院有限公司
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;B22F3/04;B22F3/10;C22F1/02;C22F1/08;C21D9/52;C22C32/00;B21C37/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于復合材料加工與熱處理技術領域的一種高強高導石墨烯銅復合線材及其制備方法。所述石墨烯銅復合線材中，石墨烯含量為0.05～0.8wt.％，雜質元素總含量≤0.1wt.％，余量為銅本發明制備的高強高導石墨烯銅復合線材，石墨烯均勻彌散并帶有取向性地分布于銅基體中，其抗拉強度達330～480MPa、延伸率6％～20％、導電率95～105％IACS，具有優異的綜合性能。

技術領域

本發明屬于復合材料加工與熱處理技術領域，尤其涉及一種高強高導石墨烯銅復合線材及其制備方法。

背景技術

彌散強化銅合金作為一類新型的結構功能材料，其強化相粒子多為熔點高、硬度高、高溫穩定性好的化合物，以納米級尺寸均勻彌散地分布于銅基體內，與傳統析出強化型銅合金不同，這些粒子與銅基體不互溶，高溫下不會溶解或粗化，因此可以有效提高銅合金的強度，同時具有較高的抗軟化性能。但其中的強化相往往粒度較大，導電性較差，加工性能較差，例如Cu-Al₂O₃彌散強化銅合金線材就難以加工到直徑1mm以下，限制了應用范圍。納米碳材料的出現則為彌散強化銅合金性能和應用的進一步提升提供了可能性。

石墨烯作為一種新型的納米碳材料，具有非常大的比表面積，其理論最大值接近2600m²/g，其熱導率可達5000W/(m·K)，有文獻研究表明石墨烯的電阻率達到10^-8Ω·m，低于銅的電阻率。石墨烯的強度是目前已測試材料中最高的，達130GPa，是鋼的100多倍。相比于碳納米管，石墨烯作為二維材料，具有更高的強度和比表面積，更好的分散性，將石墨烯加入到銅中制備成石墨烯/銅復合導線，可以有效提高銅合金的強度，同時保持銅良好的導電性。

目前，國內的部分研究人員對石墨烯增強銅復合材料做了相關研究，但大部分集中于石墨烯/銅復合粉體的制備，將其壓成塊體后對性能進行測試，基本處于試驗階段，且粉體的制備工藝復雜，難以實現大規模產業化應用。由于石墨烯容易發生團聚，大部分研究采用了氧化石墨烯或微量元素，通過改善界面以試圖提高石墨烯的分散性，但由于氧化石墨烯和微量元素破壞了石墨烯和銅基體的微觀結構，將嚴重降低材料的電導率。一些研究采用連續擠壓技術直接由粉體制備復合線坯，但制備過程中粉體周圍的氣體難以完全排出，導致材料致密度降低，表面易產生鼓包、倒刺等現象。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種高強高導石墨烯銅復合線材，所述石墨烯銅復合線材中，石墨烯含量為0.05～0.8wt.％，雜質元素總含量≤0.1wt.％，余量為銅。

所述石墨烯的層數為1～10。

所述石墨烯銅復合線材中，石墨烯均勻彌散地分布于銅基體中。

所述石墨烯銅復合線材的抗拉強度達330～480MPa、延伸率為6％～20％、導電率為95～105％IACS。

一種高強高導石墨烯銅復合線材的制備方法，包括以下步驟：

1)按所述的原料質量百分比混粉；

2)冷等靜壓：冷等靜壓時，將復合粉在冷等靜壓機上進行壓制；壓力為180～240MPa，保壓時間10～60分鐘，采用三級卸壓；

3)真空燒結：真空燒結溫度為800～950℃，保溫時間為1～4小時，真空度≤3×10^-2Pa；

4)熱擠壓：擠壓溫度850～950℃，擠壓比為10～25；

5)連續擠壓：連續擠壓機轉速為5～10r/min，擠壓比為10～50；

6)冷拉拔：將連續擠壓后的線材進行冷拉拔，加工率為50％～80％；

7)中間熱處理：將上述冷拉拔后的線材放入真空退火爐中進行中間熱處理，熱處理溫度為250～400℃，時間為0.5～3小時；