石墨烯铜线及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯铜线及其制备方法，采用少层氧化石墨烯粉及无氧铜粉作为原材料，制备混合粉体，通过低温热压烧结，制备石墨烯铜烧结坯体，通过添加辅助材料进行真空熔炼后，制备体积含量为99.99％以上的石墨烯铜合金，且通过对石墨烯铜线的退火处理，可实现对石墨烯铜线的改性，以使石墨烯与铜晶格进行重新再排列连接，制备高导电率及高导热的石墨烯铜线。本发明专利技术的石墨烯铜线在导热性能上，可使导热系数提高至500W/m

【技术实现步骤摘要】
石墨烯铜线及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合金属材料领域，特别是涉及一种石墨烯铜线及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜线在过去两个世纪以来，基于其相对低廉的成本与优异的导电性质，使得铜线几乎主宰了所有电子电机相关产业。
[0003]目前，为了提高铜线的导电率，当前的解决方案主要包括:单晶铜线、铜纳米碳管合金线、石墨烯镀铜合金线、银铜合金线与石墨烯铜合金线。但是，现有的上述铜线材料，基本无法超越银的导电率，并且有其他的缺陷。例如，单晶铜线与银铜合金线的电导率百分值上限约为105％，铜纳米碳管合金线制备成本过高。
[0004]因此，提供一种石墨烯铜线及其制备方法，实属必要。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯铜线及其制备方法，用于解决现有技术中铜线导电率低、制备成本高的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种石墨烯铜线的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将氧化石墨烯粉与无氧铜粉进行球磨处理，制备混合粉体；
[0008]将混和粉体进行热压烧结，使氧化石墨烯粉还原并与无氧铜粉结合，制备石墨烯铜烧结坯体；
[0009]将石墨烯铜烧结坯体置于真空熔炼炉中，并添加辅助材料，进行真空熔炼，制备石墨烯铜合金；
[0010]在真空熔炼炉尾端设置眼模，将石墨烯铜合金转化为石墨烯铜母线；
[0011]将石墨烯铜母线穿过高频加热器，并通过眼模形成石墨烯铜线；
>[0012]将石墨烯铜线进行退火处理，并进行收卷。
[0013]可选地，氧化石墨烯粉的体积含量小于1500PPM，且氧化石墨烯粉的层数为5层以下，无氧铜粉为氧体积含量小于20PPM的无氧铜粉。
[0014]可选地，热压烧结包括SPS烧结，且SPS烧结温度为650℃～850℃。
[0015]可选地，进行真空熔炼时，采用氩气保护熔体液面，且采用机械搅拌方式对合金熔体进行搅拌，真空熔炼温度为900℃～1200℃，制备的石墨烯铜合金中铜的体积含量为99.99％以上。
[0016]可选地，辅助材料包括固溶材料、稀有材料、稀贵金属材料中的一种组合，且添加的任一辅助材料的体积含量小于30PPM。
[0017]可选地，辅助材料包括Ag、Fe、Ni、Cr、Ho、Pb、Ca、Cl、Al、Mg、Na、Rh、Mn、Si、B、P、S、Zn、Sn、As及Mo中的一种或组合。
[0018]可选地，石墨烯铜母线的线径包括8mm或2.6mm，石墨烯铜线的线径包括0.6mm～
0.015mm。
[0019]可选地，退火处理采用分步退火工艺，退火处理的温度为420℃～650℃。
[0020]可选地，退火处理时，生产的线速为0.5m/s～2m/s，且在自然冷却后进行收卷。
[0021]本专利技术还提供一种石墨烯铜线，石墨烯铜线中石墨烯的体积含量为0.001％～0.0015％，铜的体积含量为99.996％～99.997％。
[0022]如上所述，本专利技术的石墨烯铜线及其制备方法，采用少层(5层以下)氧化石墨烯粉及无氧铜粉作为原材料，制备混合粉体，通过低温热压烧结(650℃～850℃)，制备石墨烯铜烧结坯体，通过添加辅助材料进行真空熔炼后，制备体积含量为99.99％以上的石墨烯铜合金，且通过对石墨烯铜线的退火处理，可实现对石墨烯铜线的改性，以使石墨烯与铜晶格进行重新再排列连接，制备高导电率及高导热的石墨烯铜线。本专利技术的石墨烯铜线在导热性能上，可使导热系数提高至500W/m
·
K～600W/m
·
K，以提高对电子元件所产生的热量的传导能力，同时，在导电率特性上，可使体积电阻率降低5％～20％，导电率百分值提升至102％～120％。
附图说明
[0023]图1显示为本专利技术中石墨烯铜线的制备工艺流程图。
[0024]图2显示为本专利技术中制备的石墨烯铜合金的TEM图。
[0025]元件标号说明
[0026]100
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铜
[0027]200
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石墨烯
[0028]S1～Sn
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步骤
具体实施方式
[0029]Hjortstam教授在2004年提出“超级铜线”的概念，通过理论计算出材料复合率和电阻率的关系，发现随着纳米碳材料复合比例的增加，电阻率下降趋势趋于平缓和饱和，以及工艺难度也会随着复合率的提高而呈几何级数的增加。
[0030]本专利技术采用少层氧化石墨烯粉及无氧铜粉作为原材料，可制备低添加比(<0.1％)的超导电石墨烯铜线，其导电率百分值与添加体积比为10％的纳米碳管的铜纳米碳管导电率百分值相近，相较无氧铜线的电导率百分值提升14％，断裂强度提升10％～15％，延伸率提升10％～15％，韧性提升约2倍。
[0031]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0032]如图1所示，本实施例提供一种石墨烯铜线的制备方法，包括以下步骤：
[0033]S1：将氧化石墨烯粉与无氧铜粉进行球磨处理，制备混合粉体；
[0034]S2：将混和粉体进行热压烧结，使氧化石墨烯粉还原并与无氧铜粉结合，制备石墨烯铜烧结坯体；
[0035]S3：将石墨烯铜烧结坯体置于真空熔炼炉中，并添加辅助材料，进行真空熔炼，制
备石墨烯铜合金；
[0036]S4：在真空熔炼炉尾端设置眼模，将石墨烯铜合金转化为石墨烯铜母线；
[0037]S5：将石墨烯铜母线穿过高频加热器，并通过眼模形成石墨烯铜线；
[0038]S6：将石墨烯铜线进行退火处理，并进行收卷。
[0039]首先，进行步骤S1，将氧化石墨烯粉与无氧铜粉进行球磨处理，制备混合粉体。
[0040]作为示例，步骤S1中，氧化石墨烯粉的体积含量小于1500PPM，且氧化石墨烯粉的层数为5层以下，无氧铜粉为氧体积含量小于20PPM的无氧铜粉。
[0041]具体的，氧化石墨烯粉的体积含量可为1200PPM、1000PPM、800PPM等，且氧化石墨烯粉的层数可为4层、3等、2层等，无氧铜粉可为氧体积含量为15PPM、10PPM等的无氧铜粉。通过将少层的氧化石墨烯粉与无氧铜粉进行球磨处理后可制备混合均匀的混合粉体。
[0042]接着，进行步骤S2，将混和粉体进行热压烧结，使氧化石墨烯粉还原并与无氧铜粉结合，制备石墨烯铜烧结坯体。
[0043]作为示例，步骤S2中，热压烧结包括SPS烧结，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯铜线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化石墨烯粉与无氧铜粉进行球磨处理，制备混合粉体；将混和粉体进行热压烧结，使氧化石墨烯粉还原并与无氧铜粉结合，制备石墨烯铜烧结坯体；将石墨烯铜烧结坯体置于真空熔炼炉中，并添加辅助材料，进行真空熔炼，制备石墨烯铜合金；在真空熔炼炉尾端设置眼模，将石墨烯铜合金转化为石墨烯铜母线；将石墨烯铜母线穿过高频加热器，并通过眼模形成石墨烯铜线；将石墨烯铜线进行退火处理，并进行收卷。2.根据权利要求1所述的石墨烯铜线的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯粉的体积含量小于1500PPM，且氧化石墨烯粉的层数为5层以下，无氧铜粉为氧体积含量小于20PPM的无氧铜粉。3.根据权利要求1所述的石墨烯铜线的制备方法，其特征在于：热压烧结包括SPS烧结，且SPS烧结温度为650℃～850℃。4.根据权利要求1所述的石墨烯铜线的制备方法，其特征在于：进行真空熔炼时，采用氩气保护熔体液面，且采用机械搅拌方式对合金熔体进行搅拌，真空熔炼温度为900℃～1200℃，制备的石墨烯铜合金中铜的体积含量为9...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨镇宇，
申请(专利权)人：常州志敬石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：