一种高性能的导电金属基复合材料的制备方法、电缆与流程

专利2025-04-25  12


本发明涉及电缆材料制备,具体而言,涉及一种高疏水低摩擦系数长寿命的导电金属基复合材料的制备方法、电缆。


背景技术:

1、高速铁路的接触网导线采用铜银、铜锡、铜镁、铜铬锆合金等高强铜合金,具有良好导电性和强度。但是,在低温雨雪极端天气下,铜导线表面容易结冰,丧失导电性,导致高铁不能运行,给国民经济造成巨大损失。因此,目前通常采用石墨烯复合材料作为接触网导线,石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成呈二维蜂窝状结构的新型碳材料,单层石墨烯厚度仅为0.34nm。具有高比表面积、良好的导电性、导热性以及优异的力学性能等特点。不仅如此,石墨烯超强的化学惰性使其相对于普通的表面涂层具有更好的防腐性和热稳定性,可稳定承受1500摄氏度以上的高温。纯石墨烯表面将会获得疏水、疏冰、防腐、导热、导电等特殊的功能。

2、cvd法原位生长的石墨烯与衬底结合紧密,且具有强疏水性,同时石墨烯具有良好的润滑性能。在铜导线表面利用cvd法原位生长石墨烯,利用石墨烯的疏水性,可以防止铜合金导线表面结冰,同时还不影响导线的摩擦性能。目前有专利在纯铜铜箔表面cvd生长石墨烯、然后将石墨烯涂层的铜箔卷轴/叠层进行热等静压、真空热挤压等操作形成块体,例如202310981698.9基于cvd与热压的石墨烯/铜复合材料制备装置及方法等,或者在纯铜铜粉表面利用cvd法原位生长石墨烯,对石墨烯包覆的铜粉进行利用真空热压或真空烧结形成块体,最后对石墨烯铜复合块体进行冷拔或冷轧做成石墨烯复合铜丝。这种方法制备的复合材料力学性能较好,但是只有石墨烯的侧边暴露表面,裸露的石墨烯呈现点线状(如图2所示),例如专利申请号为202311100229.8的一种高导电率石墨烯/铜复合线材的制备方法。但是,上述方案中还存在一些问题,例如,石墨烯铜箔复合材料表面的石墨烯的暴露比例太小,无法充分利用石墨烯二维表面的憎水和润滑特性;此外,石墨烯和铜之间没有冶金结合,界面结合力弱,铜粉制备的石墨烯复合材料铜丝强度小于铜合金。


技术实现思路

1、本发明公开了一种高性能的导电金属基复合材料的制备方法,旨在改善现有的复合材料制成的电缆疏水性和润滑性不足的问题。

2、本发明采用了如下方案:

3、本申请提供了一种高性能的导电金属基复合材料的制备方法,包括如下步骤:

4、s1、利用pecvd工艺,将甲烷和氢气激发出等离子体,对高纯无氧导电金属丝表面沉积若干层石墨烯,然后将表面沉积石墨烯的金属丝编织成石墨烯金属网;或将已经编织好的高纯无氧金属网表面沉积若干层石墨烯;

5、s2、将若干层沉积后的所述导电金属网堆叠,并对其进行热压或者热轧或者热拔,以获得片状石墨烯导电金属复合材料;

6、s3、将片状石墨烯导电金属复合材料包裹在导电金属合金外表面,然后对其进行冷轧或者冷拔或者热压或者热轧或者热拔,以获得核壳结构的导电金属基复合材料。

7、进一步地,在s1中,沉积温度为200℃-900℃。

8、进一步地,在s1中,采用的所述高纯无氧导电金属丝的直径为100nm-1mm。

9、进一步地,在s1中,在导电金属网表面沉积3-10层石墨烯。

10、进一步地,在s2中,堆叠的导电金属网层数为5-10000层。

11、进一步地,在s2中,热轧或者热拔时,在真空条件下或者在惰性气体的保护下进行,热轧或者热拔的温度为500℃-900℃。

12、进一步地,在s3中,采用热压或者热轧或者热拔,以获得核壳结构的导电金属基复合材料时,热压或者热轧或者热拔的温度为500℃-900℃。

13、本发明还提供了一种高性能的导电金属基复合材料制成的电缆,所述电缆通过上述任意一项所述的高性能的导电金属基复合材料的制备方法制成的导电金属基复合材料制成。

14、有益效果:

15、通过本发明制备方法制备的电缆的壳层为均匀分布二维石墨烯的导电金属基复合材料。在磨损过程中,均匀分布的石墨烯二维表面不断暴露,保证了长期工作下复合材料表面的润滑性和疏水、疏冰性能。同时,电缆壳层中连续的纯导电金属基体保证了电缆壳层的韧性。而电缆芯部的导电金属合金保证了导电网线的强度。通过控制真空热压时设置的导电金属网层数量,可以调节石墨烯导电金属基复合材料的厚度,从而获得长寿命、低摩擦系数和高疏水、疏冰的导电金属基复合材料的电缆壳层。



技术特征:

1.一种高性能的导电金属基复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的高性能的导电金属基复合材料的制备方法,其特征在于,在s1中,沉积温度为200℃-900℃。

3.根据权利要求1所述的高性能的导电金属基复合材料的制备方法,其特征在于,在s1中,采用的所述高纯无氧导电金属丝的直径为100nm-1mm。

4.根据权利要求1所述的高性能的导电金属基复合材料的制备方法,其特征在于,在s1中,在导电金属网表面沉积3-10层石墨烯。

5.根据权利要求1所述的高性能的导电金属基复合材料的制备方法,其特征在于,在s2中,堆叠的导电金属网层数为5-10000层。

6.根据权利要求1所述的高性能的导电金属基复合材料的制备方法,其特征在于,在s2中,热轧或者热拔时,在真空条件下或者在惰性气体的保护下进行,热轧或者热拔的温度为500℃-900℃。

7.根据权利要求1所述的高性能的导电金属基复合材料的制备方法,其特征在于,在s3中,采用热压或者热轧或者热拔,以获得核壳结构的导电金属基复合材料时,热压或者热轧或者热拔的温度为500℃-900℃。

8.一种高性能的导电金属基复合材料制成的电缆,其特征在于,所述电缆通过权利要求1-8任意一项所述的高性能的导电金属基复合材料的制备方法制成的导电金属基复合材料制成。


技术总结
本发明提供了一种高性能的导电金属基复合材料的制备方法、电缆,涉及电缆材料制备技术领域。包括如下步骤:S1、利用PECVD工艺,将甲烷和氢气激发出等离子体,对高纯无氧金属丝表面沉积若干层石墨烯,然后将表面沉积石墨烯的金属丝编织成石墨烯金属网;或将已经编织好的高纯无氧金属网表面沉积若干层石墨烯;S2、将若干层石墨烯沉积后的所述金属网堆叠,并对其进行热压或者热轧或者热拔,以获得片状石墨烯金属复合材料;S3、将片状石墨烯金属复合材料包裹在导电金属合金外表面,然后对其进行冷轧或者冷拔或者热压或者热轧或者热拔,以获得核壳结构的导电金属基复合材料。通过本方法可以制备具有高疏水低摩擦系数长寿命的导电金属基复合材料和电缆。

技术研发人员:郑莉红,胡艳玲
受保护的技术使用者:厦门中恒信实业有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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