电线电缆导体、石墨烯包覆金属粉体和导体的制备方法技术

本发明专利技术公开一种金属基‑石墨烯电线电缆导体及其制备方法以及石墨烯包覆金属粉体的制备方法，所述金属基‑石墨烯电线电缆导体由石墨烯包覆金属粉和石墨烯粉体组成，所述石墨烯包覆金属粉的含量为80wt％～100wt％。石墨烯包覆金属粉体的制备方法按照金属‑防烧结剂第一混合粉体——金属‑防烧结剂第二混合粉体——金属/石墨烯与防烧结剂混合粉体——石墨烯包覆金属粉体的顺序依次进行。金属基‑石墨烯电线电缆导体的制备方法按照石墨烯浆料与上述制得的石墨烯包覆金属粉体——金属基‑石墨烯复合粉体——金属基‑石墨烯电线电缆导体的顺序依次进行。本发明专利技术的制备方法，工艺简单，经济环保。本发明专利技术制得的导体电学性能优异、高抗氧化、抗腐蚀强。

【技术实现步骤摘要】
电线电缆导体、石墨烯包覆金属粉体和导体的制备方法
本专利技术涉及电线电缆材料及制备的
，具体涉及一种金属基-石墨烯电线电缆导体及其制备方法以及石墨烯包覆金属粉体的制备方法。
技术介绍
电线电缆行业是经济建设重要的配套产业，广泛应用于国民经济各个领域。电线电缆的导体绝大部分采用铜和铝两种材料，亦或者在某种特殊的领域采用银或者超导材料。铜导体具有优越的导电性、抗腐蚀性、机械性能，其用量远远超过铝导体，成为电缆导体的首选材料。铜及铜合金是电线电缆中应用最为普遍的材料，其价格低廉、导电导热性能优良、塑性耐腐蚀性能良好。但是纯铜导线强度低，易发生断线，电网故障高；纯铜接触线抗软化温度低，耐热性能差。此外，纯铜接触导线暴露出来的主要缺点是耐磨性差，在高速、重载线路上随着牵引电力机车功率增大，电气磨耗随之增大，使其寿命大大缩短。因此对铜粉体进行处理，引入具有特殊优异性能的第二相使之成为铜复合粉体材料，有效改善铜合金本身的应用性能，已然成为现代工业发展的技术趋势。引入的第二相可以是纤维也可以是颗粒，可以是氮化物、氧化物甚至是碳材料，其中碳材料可以分为碳纳米管、碳纤维、石墨烯。石墨烯是现今世界上已知的最薄材料，是一种以sp2杂化轨道连接的二维单原子层晶体，这种特殊的结构决定其具有许多特殊的性能，如禁带宽度近乎为零、载流子迁移率非常高、比表面积大、电学性能导热性能优秀、机械性能优异、杨氏模量及断裂强度等指数与碳纳米管相当。这些独特的性能使石墨烯成为复合材料中的理想增强体或填料。现有的实验已经证明，混杂石墨烯片的铜金属材料的导热、导电和机械性能等已有明显提高，但石墨烯片在铜粉中极易团聚且分散不均匀，使铜与石墨烯片的复合难度增大，限制了铜/石墨烯合金材料性能的进一步提升。为获得良好的导电性，现有技术公开了一种石墨烯电线，其通过卷绕技术将二维石墨烯膜材料卷绕成具有一维导电特性的石墨烯电线。然而，由于在不同的基底上生长石墨烯的机理不同，而且石墨烯的质量、尺寸和生长速度也不相同；如果采用电镀技术将石墨烯片压制成石墨烯薄膜，其石墨烯的优异导电导热性能必然会有明显的降低。另外，该石墨烯电线中的石墨烯为主要成分，且电镀和生长大片的高质量石墨烯工艺要求极高，再加上卷绕和封装工艺，增加了石墨烯电线的制备成本。现有技术还公开了一种石墨烯电线电缆导体，通过在导体电芯的表面直接生长石墨烯，由导体电芯和石墨烯薄膜组成了石墨烯电线电缆导体。然而，该专利对导体电芯进行高温生长石墨烯的处理会导致电芯材料晶粒长大和并产生加工硬化效果，直接影响到导体电芯的力学性能，需要在生长石墨烯后再进行后续的加工热处理，影响最终得到的石墨烯电线电缆导体的性能。另外，受到石墨烯生长设备的限制，生产效率低下，对于大型电线电缆的石墨烯电镀及生长工艺难度较大。现有技术还公开了一种石墨烯导线的制备方法，通过在铜表面生长石墨烷，然后将石墨烷还原为石墨烯来制备石墨烯导线。然而，该专利在制备过程中需用酸对铜导线表面清洗，对环境不友好，并且需要加载等离子体发生器，成本较高。现有技术公开了一种铜或铝为核，铜-石墨烯复相为鞘的电线电缆，现有技术还公开了一种铜-石墨烯复相导电线芯的制备方法，然而，前者的铜-石墨烯复相为鞘的电线电缆在制备过程中需要用酸对铜导线表面清洗，还要在水溶液环境中进行电镀，对环境不友好，其电镀石墨烯的主要作用在于提高导线的抗氧化耐腐蚀性能。后者的铜-石墨烯复相导电线芯的制备方法与前者相似，都是采用电镀的方法在线芯表面电镀铜-石墨烯复相，只是在导线结构和成型工艺上有所区别，而且具有同样的缺点。现有技术还公开了一种铜-石墨烯复合材料，通过球磨法将片状石墨烯均匀的分布在铜基体中，而后采用热压烧结再经过挤压得到的铜-石墨烯复合材料，片状石墨烯的质量对复合材料的性能的有明显影响，且其添加量较少，在复合材料中难以形成石墨烯的导电网络。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，降低传统电线电缆成本，解决现有金属基-石墨烯电线电缆导体存在的问题，提供一种电学性能优异、高抗氧化、抗腐蚀、可大规模生产的金属基-石墨烯电线电缆导体，本专利技术以石墨烯作为电线电缆导体的组元，改善常用金属基电线电缆的导电导热性能、耐氧化性和耐腐蚀等级。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种金属基-石墨烯电线电缆导体，由石墨烯包覆金属粉和石墨烯粉体组成，所述石墨烯包覆金属粉的含量为80wt％～100wt％。优选地，所述石墨烯包覆金属粉中的金属粉为铜、银、铝中的一种或多种粉体。本专利技术的另一目的在于，解决金属粉高温原位生长石墨烯过程中金属粉烧结团聚问题，提供一种高效原位制备的石墨烯包覆金属粉体的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种石墨烯包覆金属粉体的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：将金属粉与防烧结剂均匀混合，得到金属-防烧结剂第一混合粉体；步骤S2：在无氧和600～1050℃的高温环境下，金属-防烧结剂第一混合粉体与还原性气体反应，得到金属-防烧结剂第二混合粉体；步骤S3：在600～1050℃下，金属-防烧结剂第二混合粉体与甲烷气体发生化学气相沉积，待化学气相沉积过程结束后降温，得到金属/石墨烯与防烧结剂混合粉体；步骤S4：将金属/石墨烯与防烧结剂混合粉体分散在分散剂中，超声分层，分离出防烧结剂分散液和石墨烯包覆金属粉体。优选地，所述步骤S1中，所述金属粉为100～1000目的铜、银、铝中的一种或多种粉体。优选地，所述步骤S1中，所述防烧结剂为粒径100nm～10μm的氧化镁、氧化铝或石墨中的一种或多种粉体，金属粉和防烧结剂的质量比为10∶3～5∶4。优选地，所述步骤S2和S3在化学气相沉积石英管室中进行，所述步骤S2中，将化学气相沉积石英管室抽真空至10-3kPa以下，以流量为150～513sccm通入氩气，使化学气相沉积真空装置内的压强达到常压状态，达到无氧环境；所述步骤S2中，以流量为10～20sccm将还原性气体氢气通入化学气相沉积石英管室中；所述步骤S3中，以流量为5～10sccm将甲烷气体通入化学气相沉积石英管室中。优选地，所述步骤S2中，以10～20℃/min速度升温，使化学气相沉积石英管室内达到600～1050℃的高温环境。优选地，所述步骤S4中的分散剂为水。本专利技术的石墨烯包覆金属粉体的制备方法，将金属粉和防烧结剂混合后进行化学气相沉积原位生长石墨烯，可以有效避免高温沉积过程中金属粉的烧结团聚，并且在后处理过程中防烧结剂去除过程简单，对石墨烯包覆的金属复合粉体质量无影响。通过化学原位生长的方法在金属粉上包覆石墨烯，石墨烯的结构缺陷少，质量高。本专利技术的第三目的在于，提供一种金属基-石墨烯电线电缆导体的制备方法。一种金属基-石墨烯电线电缆导体的制备方法，包括以下步骤：步骤S5：将石墨烯分散在分散剂中，制得石墨烯浆料；步骤S6：将石墨烯浆料与根据权利要求书3-8任一所述的石墨烯包覆金属粉体的制备方法制得的石墨烯包覆金属粉体充分混合并蒸干，得到金属基-石墨烯复合粉体；步骤S7：将金属基-石墨烯复合粉体制得金属基-石墨烯电线电缆导体，所述金属基-石墨烯电线电缆导体中石墨烯包覆金属粉的含量为80wt％～100wt％。优选地，所述步骤S5中的分散剂为N，N-二甲基乙酰胺、乙二醇碳酸酯、乙酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属基‑石墨烯电线电缆导体，其特征在于：由石墨烯包覆金属粉和石墨烯粉体组成，所述石墨烯包覆金属粉的含量为80wt％～100wt％。

【技术特征摘要】
1.一种金属基-石墨烯电线电缆导体，其特征在于：由石墨烯包覆金属粉和石墨烯粉体组成，所述石墨烯包覆金属粉的含量为80wt％～100wt％。2.根据权利要求书1所述的金属基-石墨烯电线电缆导体，其特征在于：所述石墨烯包覆金属粉中的金属粉为铜、银、铝中的一种或多种粉体。3.一种石墨烯包覆金属粉体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：将金属粉与防烧结剂均匀混合，得到金属-防烧结剂第一混合粉体；步骤S2：在无氧和600～1050℃的高温环境下，金属-防烧结剂第一混合粉体与还原性气体反应，得到金属-防烧结剂第二混合粉体；步骤S3：在600～1050℃下，金属-防烧结剂第二混合粉体与甲烷气体发生化学气相沉积，待化学气相沉积过程结束后降温，得到金属/石墨烯与防烧结剂混合粉体；步骤S4：将金属/石墨烯与防烧结剂混合粉体分散在分散剂中，超声分层，分离出防烧结剂分散液和石墨烯包覆金属粉体。4.根据权利要求书3所述的石墨烯包覆金属粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述金属粉为100～1000目的铜、银、铝中的一种或多种粉体。5.根据权利要求书3所述的石墨烯包覆金属粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述防烧结剂为粒径100nm～10μm的氧化镁、氧化铝或石墨中的一种或多种粉体，金属粉和防烧结剂的质量比为10∶3～5∶4。6.根据权利要求书3所述的石墨烯包覆金属粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤S2和S3在化学气相沉积石英管室中进行，所述步骤S2中，将化学气相沉积石英管室抽真空至10-3kPa以下，以流量为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑜，倪亚，何朋，钱天宝，何晨烨，丁古巧，
申请(专利权)人：上海新池能源科技有限公司，浙江正泰电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31