[发明专利]一种高强高导石墨烯铜复合线材及其制备方法

说明书

本发明公开了属于复合材料加工与热处理技术领域的一种高强高导石墨烯铜复合线材及其制备方法。所述石墨烯铜复合线材中，石墨烯含量为0.05～0.8wt.％，杂质元素总含量≤0.1wt.％，余量为铜本发明制备的高强高导石墨烯铜复合线材，石墨烯均匀弥散并带有取向性地分布于铜基体中，其抗拉强度达330～480MPa、延伸率6％～20％、导电率95～105％IACS，具有优异的综合性能。

技术领域

本发明属于复合材料加工与热处理技术领域，尤其涉及一种高强高导石墨烯铜复合线材及其制备方法。

背景技术

弥散强化铜合金作为一类新型的结构功能材料，其强化相粒子多为熔点高、硬度高、高温稳定性好的化合物，以纳米级尺寸均匀弥散地分布于铜基体内，与传统析出强化型铜合金不同，这些粒子与铜基体不互溶，高温下不会溶解或粗化，因此可以有效提高铜合金的强度，同时具有较高的抗软化性能。但其中的强化相往往粒度较大，导电性较差，加工性能较差，例如Cu-Al₂O₃弥散强化铜合金线材就难以加工到直径1mm以下，限制了应用范围。纳米碳材料的出现则为弥散强化铜合金性能和应用的进一步提升提供了可能性。

石墨烯作为一种新型的纳米碳材料，具有非常大的比表面积，其理论最大值接近2600m²/g，其热导率可达5000W/(m·K)，有文献研究表明石墨烯的电阻率达到10^-8Ω·m，低于铜的电阻率。石墨烯的强度是目前已测试材料中最高的，达130GPa，是钢的100多倍。相比于碳纳米管，石墨烯作为二维材料，具有更高的强度和比表面积，更好的分散性，将石墨烯加入到铜中制备成石墨烯/铜复合导线，可以有效提高铜合金的强度，同时保持铜良好的导电性。

目前，国内的部分研究人员对石墨烯增强铜复合材料做了相关研究，但大部分集中于石墨烯/铜复合粉体的制备，将其压成块体后对性能进行测试，基本处于试验阶段，且粉体的制备工艺复杂，难以实现大规模产业化应用。由于石墨烯容易发生团聚，大部分研究采用了氧化石墨烯或微量元素，通过改善界面以试图提高石墨烯的分散性，但由于氧化石墨烯和微量元素破坏了石墨烯和铜基体的微观结构，将严重降低材料的电导率。一些研究采用连续挤压技术直接由粉体制备复合线坯，但制备过程中粉体周围的气体难以完全排出，导致材料致密度降低，表面易产生鼓包、倒刺等现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种高强高导石墨烯铜复合线材，所述石墨烯铜复合线材中，石墨烯含量为0.05～0.8wt.％，杂质元素总含量≤0.1wt.％，余量为铜。

所述石墨烯的层数为1～10。

所述石墨烯铜复合线材中，石墨烯均匀弥散地分布于铜基体中。

所述石墨烯铜复合线材的抗拉强度达330～480MPa、延伸率为6％～20％、导电率为95～105％IACS。

一种高强高导石墨烯铜复合线材的制备方法，包括以下步骤：

1)按所述的原料质量百分比混粉；

2)冷等静压：冷等静压时，将复合粉在冷等静压机上进行压制；压力为180～240MPa，保压时间10～60分钟，采用三级卸压；

3)真空烧结：真空烧结温度为800～950℃，保温时间为1～4小时，真空度≤3×10^-2Pa；

4)热挤压：挤压温度850～950℃，挤压比为10～25；

5)连续挤压：连续挤压机转速为5～10r/min，挤压比为10～50；

6)冷拉拔：将连续挤压后的线材进行冷拉拔，加工率为50％～80％；

7)中间热处理：将上述冷拉拔后的线材放入真空退火炉中进行中间热处理，热处理温度为250～400℃，时间为0.5～3小时；