本发明涉及一种石墨烯增强铜基复合材料及其喷射成型的方法，属于输电铜导体生产技术领域。
背景技术：
近些年随着石墨烯的出现，石墨烯与金属的复合是石墨烯纳米复合材料研究中很重要的一部分，特别是石墨烯-铜复合材料的研究是目前材料研究领域的热点之一。石墨烯的加入可改善铜材料高导电导热的性能，还能提高了材料的强度、耐磨性、抗机械冲击性能、抗熔焊性。石墨烯是单层或几层碳原子厚度的薄膜，自身很容易产生团聚，从而影响石墨烯性能的有效作用。
铜-石墨烯复合材料主要的制备方法主要是粉末冶金，但是这需要较高的处理温度、压力，微粒难于分布均匀，而且材料容易产生空隙率。目前也有此用其他方式制。例如中国专利cn2014101943972一种具有铜-石墨烯复相导电线芯的电线电缆制备方法，将石墨烯分散硫酸铜溶液中，采用电解法生产铜-石墨烯复相的板材，在通过轧制拉伸工艺生产导体线芯。这些方法都较难解决石墨烯在铜基体中分散性差，容易团聚等技术难题。
技术实现要素：
本发明的目的是解决石墨烯材料在铜基体中分散均匀差、容易团聚、难连续生产难题，提供一种石墨烯增强铜基复合材料及其喷射成型的方法。
本发明的技术方案，石墨烯增强铜基复合材料，配方比例按质量百分比计如下：石墨烯0.05%～5%，银0.05%～0.2%，杂质元素总和≤0.05%，其余为铜；
所述杂质元素具体如下：铁≤0.005%，铋≤0.002%，锌≤0.003%，汞≤0.01%，铅≤0.01%，镉≤0.01%，铬≤0.01%，磷≤0.003%，硫≤0.005%，氧≤0.003%。
所述石墨烯增强铜基复合材料喷射成型的方法，步骤为：将工业纯铜和铜银合金加入真空电磁感应炉中熔化，得到铜液；将其注入惰性气体喷射雾化装置，通过高压惰性气体将铜液雾化成小液滴，同时在雾化室中喷入石墨烯薄片，石墨烯薄片粘覆在下沉的铜液滴上，形成液态或半熔态的铜/石墨烯混合物，经冷却铸锭，并轧制成型得到石墨烯增强铜基复合材料。
所述石墨烯增强铜基复合材料喷射成型的方法，具体步骤如下：
（1）将工业纯铜和铜银合金加入真空电磁感应炉中熔化，铜液温度控制在1410～1450℃，将熔化好的铜合金液注入惰性气体喷射雾化装置，温度调节至1380～1420℃；
（2）开启喷射雾化装置的喷枪，通入压力1～1.5mpa的惰性气体，将铜合金液通过喷枪雾化，控制喷枪中铜合金液流量与惰性气体的流量比，通过喷嘴的铜合金液流量为200~250克/秒，惰性气体流量为1400~1600立方毫米/秒，使铜合金液滴直径在10-100μm；
（3）待液滴雾化调整合适后，开启石墨烯添加装置，根据石墨烯增强铜基复合材料的石墨烯含量比例要求，根据铜合金液流量连续定量的注入石墨烯薄片，石墨烯薄片通过压力100～150kpa的惰性气体，通过喷嘴将石墨烯薄片喷散到雾化沉积室内；石墨烯薄注入量与铜合金液雾化流量速度匹配，控制石墨烯增强铜基符合材料的石墨烯的质量百分比在0.05%～5%之间；
（4）漂浮的石墨烯薄片粘覆在下沉的铜合金液滴上，沉积到沉积室底部的圆锥形漏斗中，形成液态或半熔态的铜/石墨烯混合物，铜/石墨烯混合物通过圆锥形漏斗注入铸锭成型装置；
（5）开启铸锭成型装置，调节好冷却系统，使连续铸锭的温度控制在780～870℃之间；
（6）将石墨烯铜合金铸锭引入辊轧设备，连续轧制成所需型材；
（7）石墨烯铜合金型材通过收绕设备，进行收绕打包。
步骤（1）中工业纯铜的纯度为99.90%以上。
步骤（1）中铜银合金中银含量大于3%以上；通过计算控制铜银合金中的银元素占最终石墨烯增强铜基复合材料质量比为0.05%～0.2%。
步骤（2）和（3）中惰性气体为纯度99.99%以上的氮气。
所述步骤（3）中石墨烯添加装置的喷嘴设置在雾化沉积室中下部，使喷散的石墨烯上浮的过程中与步骤（2）雾化的铜合金液滴粘覆。
所述石墨烯薄片的碳原子厚度不超过8层。
本发明的有益效果：本发明中制备方法简单可行，步骤易于操作，制备的产品具备材料材质均匀，结构致密，强度高，耐磨性、导电导热性能好等优点。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1
材料选择：选用1200kgcu99.95的无氧铜板，铜锭中各元素的质量百分比为：铁：0.0012%，铋：0.0008%，锌：0.0011%，汞：0.0000%，铅：0.001%，镉：0.0002%，铬：0.0003%，磷：0.0021%，硫：0.003%，氧：0.0012%，杂质元素总和：01090%，铜含量99.9891%；
将无氧铜板和14kg5%的铜银合金掷入真空电磁感应炉进行熔化，并开启电磁搅拌装置，当铜液温度达到1450℃时铜液过滤后注入喷射雾化装置的熔液盛集室，当熔液盛集室铜液调节至1420℃时后，开启喷射雾化装置的喷枪，通入压力1.5mpa氩气，将熔液盛集室的铜液以250g/s的速度通过喷枪雾化，铜液滴直径在10-100μm；5min后开启石墨烯添加装置，以11.25g/s的速度通过压力145kpa氩气从喷嘴连续喷散到雾化沉积室内。沉积铜/石墨烯混合物通过沉积室底部的圆锥形漏斗注入铸锭成型装置，浇注成截面600mm2的梯形铸锭，并轧制成直径8.0mm的石墨烯增强铜基复合材料杆材，并通过收绕装置进行收线。
将制得的石墨烯增强铜基复合材料杆材放置24h后，检测石墨烯增强铜基复合材料杆材的导热系数446.4~458.8w/m·k；导电率102.24%~104.69%iacs，强度469~487mpa，断裂伸长率5.78%~6.36%。
实施例2
材料选择：选用1200kgcu99.97的无氧铜板，铜锭中各元素的质量百分比为：铁：0.0011%，铋：0.0007%，锌：0.0012%，汞：0.0000%，铅：0.0004%，镉：0.0002%，铬：0.0003%，磷：0.0017%，硫：0.003%，氧：0.0011%，杂质元素总和：0097%，铜含量99.9903%；
将无氧铜板和2kg5%的铜银合金掷入真空电磁感应炉进行熔化，并开启电磁搅拌装置，当铜液温度达到1420℃时铜液过滤后注入喷射雾化装置的熔液盛集室，当熔液盛集室铜液调节至1380℃时后，开启喷射雾化装置的喷枪，通入压力1.0mpa氮气，将熔液盛集室的铜液以200g/s的速度通过喷枪雾化，铜液滴直径在10-100μm；5min后开启石墨烯添加装置，以0.16g/s的速度通过压力145kpa氩气从喷嘴连续喷散到雾化沉积室内。沉积铜/石墨烯混合物通过沉积室底部的圆锥形漏斗注入铸锭成型装置，浇注成截面600mm2的梯形铸锭，并轧制成直径8.0mm的石墨烯增强铜基复合材料杆材，并通过收绕装置进行收线。
将制得的石墨烯增强铜基复合材料杆材放置24h后，检测石墨烯增强铜基复合材料杆材的导热系数396.24~425.7w/m·k；导电率108.73%~114.37%iacs，强度420~437mpa，断裂伸长率4.88%~5.64%。在通过拉丝机将8.0mm的石墨烯增强铜基复合杆材拉制成直径2.85mm铜单线，经检测铜单线的导电率102.12~105.33%iacs，强度452~463mpa，断裂伸长率2.58%~3.47%。
实施例3
石墨烯增强铜基复合材料，配方比例按质量百分比计如下：石墨烯5%，银0.2%，杂质元素总和≤0.05%，其余为铜；
所述石墨烯增强铜基复合材料喷射成型的方法，具体步骤如下：
（1）将工业纯铜和铜银合金加入真空电磁感应炉中熔化，铜液温度控制在1450℃，将熔化好的铜合金液注入惰性气体喷射雾化装置，温度调节至1400℃；
（2）开启喷射雾化装置的喷枪，通入压力1.2mpa的惰性气体，将铜合金液通过喷枪雾化，控制喷枪中铜合金液流量与惰性气体的流量比，通过喷嘴的铜合金液流量为230克/秒，惰性气体流量为1500立方毫米/秒，使铜合金液滴直径在10～100μm；
（3）待液滴雾化调整合适后，开启石墨烯添加装置，根据石墨烯增强铜基复合材料的石墨烯含量比例要求，根据铜合金液流量连续定量的注入石墨烯薄片，石墨烯薄片通过压力130kpa的惰性气体，通过喷嘴将石墨烯薄片喷散到雾化沉积室内；石墨烯薄注入量与铜合金液雾化流量速度匹配，控制石墨烯增强铜基符合材料的石墨烯的质量百分比在5%之间；
（4）漂浮的石墨烯薄片粘覆在下沉的铜合金液滴上，沉积到沉积室底部的圆锥形漏斗中，形成液态或半熔态的铜/石墨烯混合物，铜/石墨烯混合物通过圆锥形漏斗注入铸锭成型装置；
（5）开启铸锭成型装置，调节好冷却系统，使连续铸锭的温度控制在780～870℃之间；
（6）将石墨烯铜合金铸锭引入辊轧设备，连续轧制成所需型材；
（7）石墨烯铜合金型材通过收绕设备，进行收绕打包。
步骤（1）中工业纯铜的纯度为99.90%以上。
步骤（1）中铜银合金中银含量大于3%以上；通过计算控制铜银合金中的银元素占最终石墨烯增强铜基复合材料质量比为0.2%。
步骤（2）和（3）中惰性气体为纯度99.99%以上的氮气。