【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种由石墨和铜粉混合经过轧制制备/铜基复合材料电导芯的制备方法。
技术介绍
1、航空电缆是飞机电气互联系统的重要组成部件，在电器、仪表、雷达等系统中被广泛使用。现代民航客机的电缆长度已经达到113~483km，随着飞机电气化、信息化、智能化程度的不断提高，飞机对电线电缆的要求也日益增加。铜、铜等常规导体难以满足未来航空电缆对轻质、高强、高导电材料的需求。
2、石墨烯的理论弹性模量高达1.02gpa，断裂强度高达 130gpa，约是高强钢的 100倍，石墨烯外层电子轨道上的电子发生重叠形成大 π 键，其中的电子可以在平面内自由移动传导。石墨烯拥有独特的电子传输特性，其电荷载流子迁移率最高可以达到 3×106cm2·(v·s)-1是铜的6000多倍，其导电率可达 1×106s/cm，是铜的1.7倍，通过石墨烯片层与金属层的结合为金属中电子移动迁移提供快速通道增强导电率，因此石墨烯增强金属基导体复合材料有具有良好的发展前景。现有专利1（cn 106584976 a）通过化学气相沉积(cvd)技术在板状铜基底上下表面生长石墨烯并诱导铜基底沿(111)择优取向，制备得到三明治状的石墨烯包覆铜基底，将多片石墨烯包覆铜基底叠加，再采用热压烧结致密化制备成高导电石墨烯/铜基层状复合材料，其中电导率为66.2×106s/cm。专利2（cn 110172608 a）通过压块法将铜粉和石墨烯粉末制备石墨烯/铜块，将铜合金原料熔化加入石墨烯/铜块浇铸成圆盘，在利用氟氯化盐和碳化物将融化后的圆盘包裹住，浇铸后得到石墨烯增强的铜基
3、制备石墨烯的工艺方法有等离子体裂解法、氧化还原法、化学气相沉积法等，其中等离子体裂解法的工艺复杂、成本较高；氧化还原法制备石墨烯难以控制氧化还原的程度；化学气相沉积法制备石墨烯可以大规模生产，然而存在薄膜石墨烯从基底转移出来过程复杂，石墨烯薄膜质量难控制；现有专利3（cn 106128545 a）采用机械拉拔方法制备石墨烯/铜导体芯，将石墨填充可拉拔套管，利用机械拉拔将石墨剥离为石墨烯，成本较低，然而石墨/石墨界面间润滑性好、摩擦力较小导致剥离效果较差，因此石墨到石墨烯的转变效率差，难以控制产品合格率。
技术实现思路
1、针对上述专利问题进行工艺技术创新，本专利技术公开了一种新型石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，通过机械剥离方法，将石墨剥离成少层或单层石墨烯，通过石墨在液相中定向排列与金属粉末混合的方法，增强石墨/石墨界面的摩擦力，对填充了定向铺展的石墨金属混合粉末的模具进行轧制。增加了石墨/金属界面摩擦力和接触面积，这使石墨剥离成石墨烯的效果大幅提高。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，包括以下步骤：
4、（1） 首先制备将目数为100-500的片状铜粉用聚乙烯醇溶液包覆后加入乙醇中，在频率为20~80khz下，进行超声处理30min，得到聚乙烯醇包覆铜粉分散液；将尺寸为5~20微米的石墨颗粒分散在乙醇中在频率为20~80khz下，进行超声处理30min得到石墨分散液；
5、（2） 将石墨分散液添加到聚乙烯醇包覆铜粉分散液中，在频率为20~80khz下，进行水浴超声处理10min，在功率200w下超声30min得到均匀的石墨和铜基复合材料分散液；
6、（3） 将石墨/铜基复合材料分散液热解去除有机物，放入冻干机和冰混合在-100℃下干燥48h得到石墨/铜基复合材料粉末；
7、（4） 将石墨/铜基复合材料粉末填充到可进行轧制的铜护套材料制成的套管，得到石墨/铜基复合材料填充管；
8、优选的，步骤（4）石墨与金属粉末混合中的金属粉末还可以包括如：(铜、铜、锌、钛、铜合金、铜合金、锌合金、钛合金粉末)；优选的步骤（4）中描述的方式通过石墨在液相中定向排列，中加入增强界面摩擦力的物质，使得石墨/石墨界面摩擦力变大，同时使得石墨/金属界面接触面积更大，促进石墨剥离为少层或单层石墨烯。
9、（5） 对石墨/铜基复合材料填充管进行均匀化处理550℃/24h后，在450℃下进行4道次正反面热轧，降到室温进行4道次冷轧压缩。在长方体模具中通过8道次轧制后，石墨颗粒在剪切力的作用下变成片状石墨烯与金属颗粒形成分层接触，从而制备成石墨烯/铜基复合材料电导芯。
10、本专利技术原理：通过石墨与铜粉分散液的混合，铜粉和石墨在液相中有定向排列的效果，冷冻制备得到的混合粉末，混合粉末沿定向排列方向平铺到可轧制的长方体模具中，沿定向排列方向对模具进行轧制，石墨层在定向排列的前提下进行轧制更容易与铜粉接触，通过铜粉和石墨结合增强界面摩擦力，使剥离效果较大提升，石墨在剪切力作用下被分离成少层或单层双层石墨烯，石墨烯层与金属层结合，石墨烯外层电子轨道上的电子发生重叠形成大 π 键为金属电子迁移提供通道，进而增强电导率。
11、有益效果
12、1.石墨烯层与金属层结合，在界面处铜基体提供大量电子，具有超高载流子传输速率的石墨烯提供快速通道，在协同作用下相对传统铜导电率提升了5-13% 。
13、2.石墨通过制备为分散液的方式实现定向排列，制备石墨/金属混合粉末，石墨x-y向与模具平行，对填充了石墨/金属的混合粉末的模具施加剪切力，有效地提高了石墨剥离为少层或单层石墨烯的效率，优化了机械剥离石墨制备石墨烯的工艺，有利于工业化。
14、3.通过在定向排列石墨层间混合加入片状铜粉减小了石墨层间的润滑作用，增加了界面摩擦力，将混合粉末平行铺展在长方体模具中，平行模具进行轧制，剥离出的石墨烯与金属形成金属基复合材料，缩短了石墨烯增强金属基复合材料制备流程，突破了石墨烯/铜复合材料产业化低成本制备技术瓶颈。
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1.一种石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，其特征在于：具体步骤
2.根据权利1所述的石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，其特征在于：通过石墨分散液与铜粉分散液混合，石墨在乙醇中定向排列，冷冻干燥处理制备成石墨/铜混合粉末，将粉末沿定向排列方向平行长方体模具平铺。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，其特征在于，石墨分散液的浓度为0.5~10mg/mL，片状铜粉分散液的浓度为1~20mg/mL。
4.根据权利要求1所述的石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，其特征在于，套管包括长方体模具、圆柱体、正方体。
5.根据权利要求1所述的石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，步骤（5）中轧制工艺，轧制方向限定为平行于石墨定向排列方向；对石墨/铜基复合材料填充管进行均匀化处理550℃/24h后，在450℃下进行4道次正反面热轧，降到室温进行4道次冷轧压缩。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，其特征在于：具体步骤
2.根据权利1所述的石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，其特征在于：通过石墨分散液与铜粉分散液混合，石墨在乙醇中定向排列，冷冻干燥处理制备成石墨/铜混合粉末，将粉末沿定向排列方向平行长方体模具平铺。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/铜基复合材料电导芯的制备方法，其特征在于，石墨分散液的浓度为0.5~10mg/ml，片状铜粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：周庆波，冷金凤，郭旭，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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