[发明专利]用于母线的铝-碳金属基质复合材料

说明书

一种用于配电应用的母线。该母线包括具有纳米级碳粒子(例如，碳纳米管)的铝(Al)金属基质复合材料(MMC)。在一个示例中，该纳米级碳粒子的浓度在0.01重量％(wt％)至2wt％的范围内。该纳米级碳粒子均匀地遍布于整个Al‑MMC中。

技术领域

本发明所公开的教导内容涉及用于母线应用的金属复合材料。

背景技术

在配电中，母线是金属条或棒，通常容纳在开关设备、配电盘和母线槽壳体内，用于局部大电流配电。母线还用于连接电开关站处的高电压设备和电池组中的低电压设备。母线通常是未绝缘的，并且具有足够的刚度以在空气中由绝缘柱支撑。这些特征允许母线导体充分冷却，以及在不产生新接头的情况下在各个点接入导体的能力。

母线的材料组分和横截面尺寸确定了能够被安全承载的最大电流量。母线的横截面积可以小至10平方毫米(mm²)，但变电站可使用直径为约50mm(或约2000mm²)或更大的金属管作为母线。

母线被制成多种形状，诸如扁平条、实心棒或杆，并且通常由铜、黄铜或铝(Al)构成。这些形状中的一些形状由于其高表面积与横截面积比率而允许更有效地散热。当大于约8mm厚时，集肤效应使得50Hz至60Hz的AC母线效率低下；因此，中空或扁平形状在较高电流应用中是普遍的。中空横截面还具有比等效载流容量的实心杆更高的刚度，这允许在户外电气应用中的母线支撑件之间的更大跨度。

附图说明

本公开的一个或多个实施方案在附图的各图中以举例的方式而非限制的方式示出，其中类似的附图标记指示类似的元素。

图1包括可商购获得的母线的图像。

图2是示出添加合金元素对铝的机械强度和电传导率的效应的图。

图3是示出用于实现纳米级碳粒子均匀遍布于金属基质复合材料(MMC)中的方法的流程图。

图4是示出与纯铝的特性相比，在挤出状态下铝(Al)0.5重量％(wt％)碳纳米管(CNT)的有益物理特性的图。

图5是示出在Al-0.5wt％CNT母线上和在用于比较的A6063-T5母线上执行的蠕变测试结果的图。

图6是示出冷加工如何影响Al-0.5wt％CNT MMC线材的强度相比于纯Al线材的强度的图。

图7包括示出具有不同冷加工量的Al-0.5wt％CNT线材的极限拉伸强度(UTS)的图。

图8包括示出在通过挤出加工改善CNT分布之前和之后的Al-0.5wt％CNT MMC之间的微结构化差异的图像。

图9是示出在通过挤出加工改善CNT分布之前和之后在Al-0.5wt％CNT MMC中的CNT聚集体尺寸和数量的统计分布的一组图。

图10包括示出弯曲性能也可受益于在Al-CNT MMC母线中CNT的改善的分散性的图像。

图11示出了在拉制的Al-0.5wt％CNT MMC线材中CNT分布的质量如何影响热处理诱导的晶粒生长。

图12包括示出具有不同CNT浓度的Al-0.5wt％CNT线材的UTS的图。

具体实施方式

下文列出的实施方案表示使得本领域的技术人员能够操作实施方案的必要信息，并且示出了操作实施方案的最佳实施方式。在按照附图阅读以下具体实施方式时，本领域的技术人员将理解本公开的概念并且将认识到本文中未具体解决的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附实施方案的范围内。

母线应用