最新一种铜?石墨烯复合材料的制备方法及电气设备导电回路的制备方法

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一种铜?石墨烯复合材料的制备方法及电气设备导电回路的制备方法
本发明公开了一种铜?石墨烯复合材料的制备方法及电气设备导电回路的制备方法。铜?石墨烯复合材料的制备方法包括:真空条件下,以喷雾形式向铜熔体中加入石墨烯浆体,搅拌混合,铸造,即得铜?石墨烯复合材料;该复合材料中,石墨烯的质量为铜质量的1%~10%。本发明提供的铜?石墨烯复合材料的制备方法,石墨烯浆料以喷雾形式加入到铜熔体中,避免了石墨烯之间的团聚;石墨烯加入铜熔体中可以起到弥散强化的作用,增加复合材料的硬度、导热性和导电性。本发明的铜?石墨烯复合材料的制备方法,工艺简单,生产成本低,所得铜?石墨烯复合材料可用于电气设备的导电回路材料,进而有效降低电气设备的温升。

-种铜-石墨稀复合材料的制备方法及电气设备导电回路的 制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于石墨締-金属复合材料领域,具体设及一种铜-石墨締复合材料的制备 方法及电气设备导电回路的制备方法。

[0002] 当电流通过电气设备(真空断路器、导电回路等)的导电回路时会产生热量,进而 使电气设备的溫度高于环境溫度,产生溫升。电气设备的溫升应控制在相应标准推荐的范 围内,才能使电气设备安全、高效的运行。随着目前电气设备大型化、高压化的发展,高额定 电流的电气设备不断涌现,电气设备的溫升也越来越大,多数电气设备的实际溫升往往超 出安全范围,给电气设备的安全运行带来隐患。
[0003] 通过制造高导热、高导电的导电回路材料是降低电气设备溫升的方法之一。石墨 締是一种新型二维纳米材料,其纳米片是由SP2杂化碳原子组成的单原子层厚度的二维材 料,其强度高达l.OlTPa,导热系数高达5300w/m ? k,常溫下电子迁移率超过200000cm^v ? S,电阻率约1Q .m,具有强度高、导热性好、电阻率低的特点。制备性能优良的石墨締/金属 复合材料已成为研究热点之一。
[0004] CN105063405A公开了一种铜基締合金的制备方法,该方法包括:制备石墨締和/或 铜合金混合粉体、装入包套真空除气、热等静压、重烙、均匀化处理。该方法通过高能球磨制 备铜基石墨締合金预制锭,重烙到铜合金溶液中,改善了石墨締与铜合金的润湿性。
[0005] 现有技术中,铜-石墨締复合材料的制备方法复杂,生产成本高,难W实现工业化 生产。



[0006] 本发明的目的是提供一种铜-石墨締复合材料的制备方法,从而解决现有技术中 铜-石墨締复合材料的制备方法复杂,生产成本高的问题。
[0007] 本发明的第二个目的是提供一种电气设备导电回路的制备方法。
[000引为了实现W上目的,本发明所采用的技术方案是:
[0009] -种铜-石墨締复合材料的制备方法,包括:真空条件下,W喷雾形式向铜烙体中 加入石墨締浆体,揽拌混合,铸造,即得铜-石墨締复合材料;该复合材料中,石墨締的质量 为铜质量的1%~10%。
[0010] 所述石墨締浆体由W下重量百分比的组分组成:溶剂70%~95%,石墨締粉4.5% ~27%,分散剂0.5 %~3 %。
[0011] 优选的,溶剂为水或乙醇。分散剂为二甲基甲酯胺(DMF)或N-甲基化咯烧酬(NMP)。 石墨締粉的粒度为1~20皿。
[0012] 该石墨締浆料在制备时,向溶剂中加入分散剂混匀,再加入石墨締粉,混合均匀, 即得。
[0013] 铜烙体的溫度为1100°C~1300°C。
[0014] 本发明提供的铜-石墨締复合材料的制备方法,石墨締浆料W喷雾形式加入到铜 烙体中,避免了石墨締之间的团聚;石墨締加入铜烙体中可W起到弥散强化的作用,增加复 合材料的硬度、导热性和导电性。本发明的铜-石墨締复合材料的制备方法,工艺简单,生产 成本低,所得铜-石墨締复合材料可用于电气设备的导电回路材料,进而有效降低电气设备 的溫升。
[0015] -种电气设备导电回路的制备方法,包括:真空条件下,W喷雾形式向铜烙体中加 入石墨締浆体,揽拌混合,铸造成导电回路零部件,组装成导电回路,即得;该导电回路零部 件中,石墨締的质量为铜质量的1 %~10%。
[0016] 所述石墨締浆体由W下重量百分比的组分组成:溶剂70 %~95 %,石墨締粉4.5 % ~27 %,分散剂0.5 %~3 %。优选的,溶剂为水或乙醇。分散剂为二甲基甲酯胺(DMF)或N-甲 基化咯烧酬(NMP)。石墨締粉的粒度为1~20皿。
[0017] 铜烙体的溫度为1100°C~1300°C。
[0018] 电气设备W真空灭弧室为例,导电回路包括电连接的静导电杆、动导电杆。采用上 述制备方法,相应铸造成静导电杆、动导电杆,再依照现有技术组装成真空灭弧室即可。检 测由发明的复合材料制成的导电回路,在大额定电流下,可降低溫升3~10°C,大大提高了 大型电气设备运行的安全性。

[0019] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 实施例1
[0021] 本实施例的电气设备导电回路的制备方法,是在真空条件下,采用喷雾机将石墨 締浆体W喷雾形式(雾滴平均直径小于150微米)加入铜烙体中,喷雾机的功率为IkW,转速 为3000r/min;铜烙体的溫度为1100°C,喷雾期间W500r/min的速度揽拌,喷雾后,WlOOOr/ min的速度揽拌20min,铸造成真空灭弧室用静导电杆、动导电杆;组装成真空灭弧室导电回 路;该导电回路为铜-石墨締复合材料,其中石墨締的质量为铜质量的1 % ;
[0022] 石墨締浆体由W下重量百分比的组分组成:水70%,石墨締粉27%,NMP 3%;石墨 締粉的粒度为1皿;将水、NMP混匀,再加入石墨締粉混合均匀,即得石墨締浆体。
[0023] 实施例2
[0024] 本实施例的电气设备导电回路的制备方法,是在真空条件下,采用喷雾机将石墨 締浆体W喷雾形式(雾滴平均直径小于150微米)混入铜烙体中,喷雾机的功率为lOkW,转速 为1000化/min;铜烙体的溫度为1200°C,喷雾期间W2000r/min的速度揽拌,喷雾后,W 30(K)r/min的速度揽拌60min,铸造成真空灭弧室用静导电杆、动导电杆;组装成真空灭弧室 导电回路;该导电回路为铜-石墨締复合材料,其中石墨締的质量为铜质量的5%;
[0025] 石墨締浆体由W下重量百分比的组分组成:乙醇78%,石墨締粉20%,DMF 2%;石 墨締粉的粒度为祉m;将乙醇、DMF混匀,再加入石墨締粉混合均匀,即得石墨締浆体。
[00%] 实施例3
[0027]本实施例的电气设备导电回路的制备方法,是在真空条件下,采用喷雾机将石墨 締浆体W喷雾形式(雾滴平均直径小于150微米)混入铜烙体中,喷雾机的功率为5kW,转速 为5000r/min;铜烙体的溫度为1250°C,喷雾期间WlOOOr/min的速度揽拌,喷雾后,W 20(K)r/min的速度揽拌30min,铸造成真空灭弧室用静导电杆、动导电杆;组装成真空灭弧室 导电回路;该导电回路为铜-石墨締复合材料,其中石墨締的质量为铜质量的8%;
[0028] 石墨締浆体由W下重量百分比的组分组成:水89%,石墨締粉10%,NMP 1%;石墨 締粉的粒度为10皿;将水、NMP混匀,再加入石墨締粉混合均匀,即得石墨締浆体。
[00巧]实施例4
[0030]本实施例的电气设备导电回路的制备方法,是在真空条件下,采用喷雾机将石墨 締浆体W喷雾形式(雾滴平均直径小于150微米)混入铜烙体中,喷雾机的功率为8kW,转速 为8000r/min ;铜烙体的溫度为1300°C,喷雾期间W 1500r/min的速度揽拌,喷雾后,W 25(K)r/min的速度揽拌40min,铸造成真空灭弧室用静导电杆、动导电杆;组装成真空灭弧室 导电回路;该导电回路为铜-石墨締复合材料,其中石墨締的质量为铜质量的10%;
[00別]石墨締浆体由W下重量百分比的组分组成:乙醇95%,石墨締粉4.5%,DMF 0.5% ;石墨締粉的粒度为20WI1;将乙醇、DMF混匀,再加入石墨締粉混合均匀,即得石墨締浆 体。
[0032] 在本发明的其他实施例中,可采用上述方法将石墨締加入铜烙体中,选择适宜的 模具,铸造成其他类型的电气设备导电回路零部件,如母线等,从而可W大幅度地降低电气 设备的溫升。
[0033] 试验例
[0034] 将各实施例的静导电杆、动导电杆按现有技术组装成真空灭弧室,对比例的真空 灭弧室静导电杆、动导电杆材料均为铜。检测各实施例和对比例的真空灭弧室在2000A电流 下的溫升值,检测方法参照GB/T 11022-2011高压开关设备和控制设备标准的共用技术要 求标准进行,结果如表1所示。
[0035] 表1各实施例和对比例的真空灭弧室的溫升检测结果
[0036]
[0037] 由表1的结果可知,本发明的铜-石墨締复合材料在作为导电材料应用时,在2000A 的大额定电流下,可有效降低溫升:TC~10°C,从而保证了电气设备在较大额定电流下仍能 安全运行,延长电气设备的使用寿命。

1. 一种铜-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,包括:真空条件下,以喷雾形式向 铜恪体中加入石墨稀衆体,搅拌混合,铸造,即得铜-石墨稀复合材料;该复合材料中,石墨 稀的质量为铜质量的1 %~10 %。2. 如权利要求1所述的铜-石墨稀复合材料的制备方法,其特征在于,所述石墨稀衆体 由以下重量百分比的组分组成:溶剂70 %~95 %,石墨烯粉4.5 %~27 %,分散剂0.5 %~ 3%〇3. 如权利要求2所述的铜-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,溶剂为水或乙醇。4. 如权利要求2所述的铜-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,分散剂为二甲基 甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。5. 如权利要求1~4任一项所述的铜-石墨稀复合材料的制备方法,其特征在于,铜恪体 的温度为1100 °C~1300 °C。6. -种电气设备导电回路的制备方法,其特征在于,包括:真空条件下,以喷雾形式向 铜熔体中加入石墨烯浆体,搅拌混合,铸造成导电回路零部件,组装成导电回路,即得;该导 电回路零部件中,石墨烯的质量为铜质量的1 %~10%。7. 如权利要求6所述的电气设备导电回路的制备方法,其特征在于,所述石墨烯浆体由 以下重量百分比的组分组成:溶剂70 %~95%,石墨烯粉4.5 %~27%,分散剂0.5 %~3 %。8. 如权利要求7所述的电气设备导电回路的制备方法,其特征在于,溶剂为水或乙醇。9. 如权利要求7所述的电气设备导电回路的制备方法,其特征在于,分散剂为二甲基甲 酰胺或N-甲基吡咯烷酮。10. 如权利要求6~9任一项所述的电气设备导电回路的制备方法,其特征在于,铜熔体 的温度为1100 °C~1300 °C。
C22C1/10GK106048283SQ201610371035
2016年10月26日
2016年5月27日
李敏, 李文艺, 葛媛媛, 刘易雄, 王南南, 侯小默
天津平高智能电气有限公司, 平高集团有限公司, 国家电网公司

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