[发明专利]基于石墨烯的高导电复合材料的制备方法

说明书

本发明属于材料技术领域，涉及基于石墨烯的高导热复合材料制备方法。该方法包括以下步骤：(1)将石墨烯、炭黑和金属混合熔炼；(2)熔炼混匀的石墨烯合金熔体经磁场调节，内部石墨烯定向排布，在磁场调节的过程中，熔体冷却包裹金属丝，磁场方向与金属丝轴向平行；(3)将包裹石墨烯合金的金属丝通过拉伸模具拉出，制得所述高导电复合材料。本发明在复合材料制备阶段向其中添加二维石墨烯，并在定向磁场作用下使其沿轴线方向定向排布，利用石墨烯面内超高导电性的特点，大幅提高其导电率。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及定向石墨烯材料，具体涉及基于石墨烯的高导电复合材料的制备方法。

背景技术

铝元素在地球上储量丰富，导电性良好(铝合金电阻率约为铜的1.68倍)，其价格也较为低廉，因此在电工行业得到了巨大应用与发展。20世纪初，铝合金导线被首先应用于高压输电线路，之后在全世界范围得到了飞跃发展。目前在高压、超高压和特高压架空输电线路中应用最为广泛和成熟的是普通的钢芯铝绞线，其导电率一般为61％IACS，但是随着我国经济的快速发展，电力需求逐年攀升，如何提高输电效率、降低线路损耗等问题对电力建设部门及研究工作者提出了挑战。输电线路损耗主要包括电阻损耗和电晕损耗两方面，在后者基本相同的情况下，输电线路损耗主要由前者决定，提高导电率是降低输电损耗的一种有效方法，因此高导电率铝导体材料应运而生，前人对提高导线的导电性能的方法一般通过优化合金元素配比、改善热处理工艺或复合变质等方法，这些方法只能小幅度提升其导电性，提升空间有限。

中国专利CN201711259430.9公开了一种利用定向凝固技术的制备方法，制备石墨烯/金属复合材料，定向凝固产生的连续柱状晶组织足有各向异性，可有效地提高材料的电导率，并且该方法易于与连续铸造相结合。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种高导电复合材料的制备方法，采用该方法制备的材料可提高输电效率、降低线路损耗，对电力传输、节能减排意义重大。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种基于石墨烯的高导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量百分比称取石墨烯、炭黑和金属，恒温真空熔炼，混匀石墨烯和金属；

(2)将步骤(1)制得的熔炼混匀的石墨烯合金熔体经磁场调节，熔体内部石墨烯定向排布，磁场调节的过程中，将熔体冷却包覆金属丝，磁场方向与金属丝轴向平行；

(3)将包裹石墨烯合金的金属丝通过拉伸模具拉出，制得所述高导电复合材料。

所述金属包括锡、铬、钴、铂、钨、锆和铝。

所述步骤(1)中石墨烯、炭黑和金属的质量百分比为，石墨烯为1.0wt％～5.0wt％，炭黑为0.9wt％～1.5wt％，锡为1.3wt％～2.2wt％、铬为0.7wt％～1.6wt％、钴为0.5wt％～3.5wt％、铂为0.2wt％～0.6wt％、钨为0.8wt％～1.8wt％、锆为0.5wt％～0.9wt％，余量为铝，以上组分质量百分比之和为100％。

所述步骤(1)中恒温真空熔炼过程，恒温温度为790～850℃，真空度为0.1～1.0Pa，熔炼时间3～6h，步骤(2)中冷却温度为430～470℃。

所述步骤(2)中磁场强度为0.5～5T。

具体的，将石墨烯、炭黑和金属加入配套加工装置，真空条件下高温熔炼，搅拌混匀后，在出料管道对石墨烯铝合金熔体进行降温冷却、包裹在金属丝表面，在冷却过程中受定向磁场调节，将包裹冷却熔体的金属丝通过拉伸模具拉出，制得所述高导电复合材料。

所述配套加工装置包括混合部、出料部、包裹部和拉伸部；