KR101879595B1 - Complex material wire for transmission line and Manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송전선용 복합선재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 송전선에 사용되오던 낮은 전도성, 높은 비중 등을 가지는 기존 철심(강철코어)를 대체할 수 있도록 기계적 강도 및 전기적 특성을 확보한 송전선용 복합선재, 이를 제조하는 방법 및 이를 이용한 송전선용 케이블에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite wire for a transmission line and a method of manufacturing the same, more particularly, to a composite wire for a transmission line and a method of manufacturing the same, A method for manufacturing the same, and a cable for a transmission line using the composite wire.
Description
본 발명은 기계적 물성 및 전기적 특성이 우수한 송전선용 복합선재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite wire for transmission lines having excellent mechanical properties and electrical characteristics, and a method of manufacturing the same.
발전소에서 생산된 전력을 멀리 떨어져 있는 수용지 또는 1 차 변전소로 송전하기 위한 방법으로서 가공 송전식 방법이 널리 이용된다. 상기 가공 송전식 방법은 발전소에서 생산된 전력을 지상의 철탑에 의해 지지되는 가공 송전선을 통해 수용지까지 송전한다.Transmissive methods are widely used as a method for transmitting power generated by a power plant to a remote paper or primary substation. The process transmission method transfers power produced by a power plant to a sheet of paper through a processing power line supported by a ground tower.
통상적인 송전용 도체로는 강심으로 보강된 알루미늄 도체, 즉 강심 알루미늄 연선(aluminum conductor steel reinforced, ACSR)이 주로 사용된다. 강심 알루미늄 연선은 여러 가닥의 아연 도금 고탄소 강선으로 이루어진 강심 외주에 여러 가닥의 알루미늄 합금 도체를 연선한 것이 일반적으로 사용된다.As a typical transmission conductor, an aluminum conductor reinforced by a strong conductor, that is, aluminum conductor steel reinforced (ACSR) is mainly used. It is generally used that the stranded aluminum strand is formed by stranding multiple strands of aluminum alloy conductors on the outer periphery of the steel core made of a plurality of strands of galvanized high carbon steel wire.
일반적으로 고전압 송전선의 경우 송전탑간의 거리가 멀어질수록 초기 투자비용의 절감 및 운영비용 또한 절감할 수 있으므로 장거리 간격을 유지하기 위한 높은 인장강도를 요구한다. 현재 사용되는 강철 코어를 가진 알루미늄 케이블은 1960 년 이후 반세기 동안 산업 표준으로 사용되어 왔으나, 알루미늄 송전선 다발속의 강철코어는 약한 알루미늄을 강화하기 위해 꼭 필요하지만 무게를 증가시키면서 더 많은 고압송전탑을 필요로 하게 되어 설치비용이 증가한다는 문제, 및 알루미늄과 강철의 이종 접합계면에서 변형량 차이에 의한 부식 및 균열이 발생한다는 문제를 가지고 있다. 또한 최근에는 장거리 송전을 위하여 고압직류송전(high voltage direct current, HVDC) 방식으로 전화되는 추세인데, 직류(DC) 전도의 경우 케이블 단면적 전체가 전류를 전달하기 때문에 강철코어로는 거의 흐르지 않아 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 높은 도전율 및 가벼운 중량을 갖는 중심선이 적용된 가공 송전선의 개발이 요구되고 있다.Generally, in case of high-voltage transmission lines, as the distance between the transmission towers increases, the initial investment cost and the operating cost can be reduced. Therefore, a high tensile strength is required to maintain the long distance. Aluminum cables with currently used steel cores have been used as industry standards for half a century since 1960, but steel cores in bundles of aluminum transmission lines are necessary to reinforce weak aluminum, but require more high voltage transmission towers And the problem of corrosion and cracking due to the difference in deformation amount at the hetero-bonding interface between aluminum and steel occurs. In recent years, the high voltage direct current (HVDC) method is called for long-distance transmission. In the case of direct current (DC) conduction, since the entire cross-sectional area of the cable transmits current, Fall off. Therefore, it is required to develop a machined transmission line to which a center line having a high conductivity and a light weight is applied.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 인장 강도가 우수한 탄소재료와 알루미늄의 복합재료를 제조하기 위한 연구가 활발한데, 탄소재료와 알루미늄과의 복합체를 제조하기 위해서는 해결되어야 하는 몇 가지 문제점들이 있다. 일례로, 탄소재료 예를 들면 탄소나노재료는 재료끼리의 반데르발스(van der Waals) 힘에 의한 상호 작용 때문에 분산이 쉽지 않아 알루미늄 내에 균일 분산시키기 어려운 문제점이 있다. 또한, 탄소재료와 알루미늄 사이에는 표면장력 차이로 인하여 탄소 재료와 알루미늄이 잘 섞이지 않는 문제점이 있다.In order to solve these problems, researches for producing a composite material of a carbon material and aluminum excellent in tensile strength are active. However, there are some problems to be solved in manufacturing a composite of a carbon material and aluminum. For example, carbon materials such as carbon nanomaterials are difficult to disperse due to their interaction due to van der Waals forces between the materials, which makes it difficult to uniformly disperse them in aluminum. Further, there is a problem that the carbon material and aluminum do not mix well due to the difference in surface tension between the carbon material and aluminum.
본 발명은 기존의 철심(강철코어) 송전선이 지니는 철심의 높은 비중과 낮은 전도성(dead weight), 철심과 알루미늄 사이 이종 계면에서의 균열 발생 문제를 해결하기 위해 철심을 알루미늄(Al) 및 나노탄소(C)의 복합재로 대체한 발명으로서, 본 발명은 송전선용 Al/C 복합선재 및 이를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하고자 하며, 나아가 이를 이용한 송전선용 코어, 이를 포함하는 송전선 및/또는 별도의 코어를 구비하지 않는 송전선을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problem of high specific gravity, low dead weight and cracking at the interface between the iron core and the aluminum of the existing iron core (steel core) transmission line, C composite wire, and a method for efficiently manufacturing the same. Further, the present invention provides a transmission line core, a transmission line including the same, and a separate core And it is an object of the present invention to provide a transmission line which is not provided.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 알루미늄 매트릭스 및 탄소재를 포함하며, 알루미늄 매트릭스 내 탄소재가 분산되어 있는 송전선용 복합선재에 관한 것이다.In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a composite wire for a transmission line including an aluminum matrix and a carbonaceous material, in which a carbon material in an aluminum matrix is dispersed.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재 성분 중 탄소재는 풀러렌, 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT) 및 환원된 그래핀옥사이드(rGO) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the carbon material of the composite wire component of the present invention is selected from the group consisting of fullerene, single wall carbon nanotubes (SWNTs), multiwall carbon nanotubes (MWNTs) and reduced graphene oxides Or more species.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재 성분 중 탄소재가 풀러렌을 포함하는 경우, 복합선재는 풀러렌 0.5 ~ 5 부피% 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 매트릭스를 잔량으로 포함할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, when the carbonaceous material of the composite wire component of the present invention includes fullerene, the composite wire rod may contain an aluminum matrix containing 0.5 to 5% by volume of fullerene and unavoidable impurities.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재 성분 중 탄소재가 단일벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 이상을 탄소나노튜브를 포함하는 경우, 복합선재는 탄소나노튜브 0.5 ~ 4.5 부피% 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 매트릭스를 잔량으로 포함할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, when the carbon material of the composite wire rod component of the present invention comprises carbon nanotubes selected from single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes, 0.5 to 4.5% by volume, and inevitable impurities.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재 성분 중 탄소재가 환원된 그래핀옥사이드(rGO, reduced graphene oxide)를 포함하는 경우, rGO 0.2 ~ 1.5 부피% 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 매트릭스를 잔량으로 포함할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, when the carbonaceous material of the composite wire rod component of the present invention includes reduced graphene oxide (rGO), an aluminum matrix containing 0.2 to 1.5% by volume of rGO and unavoidable impurities As a residual amount.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재는 분산된 탄소재와 알루미늄 매트릭스가 접촉되는 계면에 알루미나(Al2O3)가 형성되어 있을 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the composite wire of the present invention may have alumina (Al 2 O 3 ) formed at an interface where the carbonaceous material and the aluminum matrix are in contact with each other.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재는 압출시킨 압출재 또는 신선시킨 선재일 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the composite wire of the present invention may be extruded extruded material or drawn wire.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재 성분 중 탄소재가 풀러렌을 포함하는 경우, 본 발명의 복합선재는 ASTM E8 규격의 인장시험법에 의거하여 측정시, 인장강도가 600 ~ 800 Mpa이고, 강성(elastic modulus)이 70 ~ 100 Gpa이며, ASTM E831 규격의 열팽창계수 측정 방법에 의거하여 측정시, 열팽창계수(CTE)가 (14 ~ 24)×10-6/℃이고, ASTM E1004에 따른 와전류(Eddy current）를 이용한 전기전도도 측정에 의거하여 측정시, 전기전도도가 30 ~ 45% IACS일 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, when the carbonaceous material among the composite wire components of the present invention includes fullerene, the composite wire according to the present invention has tensile strengths of 600 to 800 Mpa and an elastic modulus of 70 to 100 Gpa and has a coefficient of thermal expansion (CTE) of (14 to 24) x 10 < -6 > / DEG C measured according to a method of measuring a thermal expansion coefficient according to ASTM E831, The electrical conductivity may be 30 to 45% IACS when measured based on electrical conductivity measurements using eddy currents.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재 성분 중 탄소재가 탄소나노튜브를 포함하는 경우, 본 발명의 복합선재는 ASTM E8 규격의 인장시험법에 에 의거하여 측정시, 인장강도가 300 ~ 600 Mpa이고, 강성이 60 ~ 90 Gpa이며, ASTM E831 규격의 열팽창계수 측정 방법에 의거하여 측정시, 열팽창계수(CTE)가 (22 ~ 25)×10-6/℃이고, , ASTM E1004에 따른 와전류를 이용한 전기전도도 측정 방법에 의거하여 측정시, 전기전도도가 40 ~ 55% IACS일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, when the carbon material of the composite wire rod component of the present invention comprises carbon nanotubes, the composite wire rod of the present invention has tensile strength at the time of measurement based on the tensile test method of the ASTM E8 standard 300 to 600 MPa and a rigidity of 60 to 90 Gpa and a thermal expansion coefficient (CTE) of (22 to 25) x 10 < -6 > / DEG C measured according to a thermal expansion coefficient measurement method of the ASTM E831 standard, , The electric conductivity may be 40 to 55% IACS when measured based on the electric conductivity measurement method using an eddy current according to the following formula.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합선재 성분 중 탄소재가 rGO를 포함하는 경우, 본 발명의 복합선재는 ASTM E8 규격의 인장시험법에 방법에 의거하여 측정시, 인장강도가 320 ~ 400 Mpa이고, 강성이 70 ~ 90 Gpa이며, ASTM E831 규격의 열팽창계수 측정 방법에 의거하여 측정시, 열팽창계수(CTE)가 (20 ~ 26)×10-6/℃이고, ASTM E1004에 따른 와전류를 이용한 전기전도도 측정 방법에 의거하여 측정시, 전기전도도가 45 ~ 54% IACS일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, when the carbonaceous material among the composite wire components of the present invention includes rGO, the composite wire according to the present invention has tensile strength of 320 (20 to 26) x 10 < -6 > / DEG C, measured according to the ASTM E831 standard, measured according to ASTM E831, The electrical conductivity may be between 45 and 54% IACS when measured based on the electrical conductivity measurement method using an eddy current.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 송전선용 복합선재에 관한 것으로서, 탄소재의 종류에 따라 하기와 같은 방법으로 복합선재를 제조할 수 있다.Another object of the present invention is to provide a composite wire for a transmission line described above, and a composite wire can be manufactured by the following method according to the type of carbon material.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 탄소재가 풀러렌인 경우에는 풀러렌, 알루미늄(Al) 분말 및 윤활제를 혼합한 혼합물을 유성밀링(planetary ball milling)시키는 1단계; 유성밀링된 혼합분말 및 윤활제를 혼합한 후, 어트리션 밀링(attrition milling)을 수행하는 2단계; 어트리션 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 3단계; 윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하는 4단계; 및 상기 선재를 열처리하는 5단계;를 포함하는 공정을 수행하여 복합선재를 제조할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, when the carbon material is fullerene, a first step of planetary ball milling a mixture of fullerene, aluminum (Al) powder and a lubricant is performed; Mixing the oil-milled mixed powder and the lubricant, and then performing attrition milling; A third step of removing the lubricant from the attrition milled mixed powder; A fourth step of performing a plastic working process on the mixed powder from which the lubricant has been removed to produce a wire rod; And a fifth step of heat-treating the wire rod, thereby manufacturing a composite wire rod.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 탄소재가 탄소나노튜브인 경우에는 탄소나노튜브, 알루미늄(Al) 분말 및 윤활제를 혼합한 혼합물을 어트리션밀링(attrition milling)시키는 1단계; 어트리션 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 2단계; 윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하는 3단계; 및 상기 선재를 열처리하는 4단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, when the carbon material is a carbon nanotube, attrition milling of a mixture of a carbon nanotube, an aluminum (Al) powder and a lubricant is performed. A second step of removing the lubricant from the attrition milled mixed powder; A third step of performing a plastic working process on the mixed powder from which the lubricant has been removed to produce a wire rod; And a fourth step of heat treating the wire rod.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 탄소재가 환원된 그래핀옥사이드인 경우에는 알루미늄(Al) 분말 및 윤활제를 혼합한 혼합물을 밀링(milling)시키는 1단계; 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하여 알루미늄 플레이크 분말(AFP)을 제조하는 2단계; 고분자 수용액 및 상기 AFP를 혼합한 AFP-고분자 용액을 여과 및 세척하여 고분자가 코팅된 AFP 슬러리를 제조하는 3단계; 고분자가 코팅된 AFP 슬러리에 그래핀옥사이드 현탁액을 적가 및 교반하여 혼합용액을 제조하는 4단계; 상기 혼합용액을 여과한 후, 여과하여 얻은 생성물을 건조시켜서 GO/Al 복합분말을 제조하는 5단계; 상기 GO/Al 복합분말을 진공 또는 수소 분위기 하에서 열적환원처리하여 rGO/Al 복합분말을 제조하는 6단계; rGO/Al 복합분말 및 Al 분말 1 : 2.5 ~ 4 중량비로 혼합한 혼합분말을 유성밀링(planetary ball milling)시키는 7단계; 유성밀링시킨 혼합분말 및 윤활제를 혼합한 후, 어트리션밀링(attrition milling)시키는 8단계; 어트리션 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 9단계; 윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하는 10단계; 및 상기 선재를 열처리하는 11단계;를 포함하는 공정을 수행하여 복합선재를 제조할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, when carbonaceous material is reduced graphene oxide, a mixture of aluminum (Al) powder and a lubricant is milled; Removing the lubricant from the milled mixed powder to produce an aluminum flake powder (AFP); A third step of preparing a polymer-coated AFP slurry by filtering and washing the AFP-polymer solution mixed with the aqueous polymer solution and the AFP; Adding a graphene oxide suspension to a polymer-coated AFP slurry and stirring to prepare a mixed solution; Filtering the mixed solution, filtering and drying the resulting product to produce a GO / Al composite powder; A sixth step of producing the rGO / Al composite powder by subjecting the GO / Al composite powder to a thermal reduction treatment under a vacuum or hydrogen atmosphere; rGO / Al composite powder and Al powder 1: 2.5 to 4 weight ratio; 7) planetary ball milling the mixture powder; Step 8 in which a mixed powder obtained by oil-milling and a lubricant are mixed, followed by attrition milling; 9) removing the lubricant from the attrition milled mixed powder; A
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3가지 제조방법 각각에 있어서, 상기 소성 가공 공정은 460℃ ~ 550℃ 하에서 1회당 10 ~ 14%의 압하율로 수행할 수 있다.As one preferred embodiment of the present invention, in each of the three manufacturing methods, the plastic working step can be performed at a reduction rate of 10 to 14% per 460 to 550 캜.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3가지 제조방법 각각에 있어서, 상기 소성 가공 공정은 압출공정이며, 압출공정은 460℃ ~ 600℃ 및 압력 250 ~ 290 bar 하에서 압출을 수행할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, in each of the three manufacturing methods, the plastic working step is an extrusion step, and the extrusion step may be carried out at a temperature of 460 ° C to 600 ° C and a pressure of 250 to 290 bar.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3가지 제조방법 각각에 있어서, 상기 열처리는 대기 분위기 하에서 400℃ ~ 530℃의 열을 2시간 ~ 30시간 동안 가하여 수행하는In one preferred embodiment of the present invention, in each of the three manufacturing methods, the heat treatment is performed by applying heat of 400 ° C to 530 ° C for 2 to 30 hours in an atmospheric environment
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3가지 제조방법 각각에 있어서, 상기 열처리는 수소와 질소의 혼합가스 하에서 480℃ ~ 600℃의 열을 12시간 ~ 30시간 동안 가하여 수행할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, in each of the three manufacturing methods, the heat treatment may be performed by applying heat at 480 ° C to 600 ° C for 12 hours to 30 hours under a mixed gas of hydrogen and nitrogen.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 복합선재를 포함하는 송전선용 코어를 제공하고자 한다(도 1의 A 참조).Another object of the present invention is to provide a core for power transmission lines including the above-described various types of composite wire rods (see A in Fig. 1).
또한, 본 발명은 알루미늄을 포함하는 표면부; 및 상기 표면부 내부에 심재된 코어부;를 포함하며, 상기 코어부는 앞서 설명한 복합선재를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전선을 제공하고자 한다.Further, the present invention provides a surface-treating agent comprising: a surface portion containing aluminum; And a core part embedded in the surface part, wherein the core part includes the composite wire as described above.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 복합선재만을 포함하고, 별도의 코어가 구비되어 있지 않는 단일소재의 송전선을 제공하고자 한다(도 1의 B 참조).Another object of the present invention is to provide a transmission line of a single material that includes only the various types of composite wires described above and does not have a separate core (see FIG. 1B).
본 발명의 복합선재는 높은 인장강도 및 강성을 가지면서도 낮은 열팽창계수 및 우수한 전기전도도를 가지는 바, 송전선으로 사용하기 적합하다. 또한, 기존 송전선은 코어 소재로서 강철을 사용하여 낮은 전기전도도로 인한 데드웨이트(dead weight)가 발생하지만, 본 발명의 복합선재를 적용한 송전선은 데드웨이트 문제가 해결도어 직류 송전에 유리하며, 단층 형태로서 강철 코어와 알루미늄으로 이루어진 표면부와의 이종접합불량 문제를 방지할 수 있다. 이러한, 본 발명의 복합선재는 미래형 스마트 그리드/슈퍼 그리드에 응용할 수 있는 초경량·고송전효율 초고압직류송전(HVDC) 케이블의 코어 및 이를 포함하는 HVDC 케이블의 제조에 적용할 수 있다. The composite wire of the present invention has high tensile strength and rigidity, low thermal expansion coefficient and excellent electrical conductivity, and is thus suitable for use as a transmission line. In addition, a dead weight due to low electrical conductivity is generated by using steel as a core material of a conventional transmission line. However, a dead weight problem of a transmission line employing the composite wire of the present invention is advantageous for a direct current transmission of a door, The problem of heterogeneous bonding between the steel core and the surface portion made of aluminum can be prevented. The composite wire according to the present invention can be applied to the fabrication of ultra-high voltage high-DC direct current (HVDC) cable cores and HVDC cables including ultra-light and high transmission efficiency HVDC cables applicable to the future smart grid / super grid.
도 1의 A는 본 발명의 복합선재를 적용한 코어부 및 표면부가 형성된 송전선(케이블)의 개략도이며, B는 본 발명의 복합선재로만 형성된 송전선(케이블)의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 실험예 1-1에서 실시한 실시예 1-1 복합선재의 HRTEM 측정 사진이다.
도 4는 실험예 1-1에서 실시한 실시예 1-1 복합선재의 라만스펙트럼 측정 결과이다.
도 5는 실험예 1-2에서 실시한 복합선재의 인장강도 및 강성 측정 결과이다.
도 6은 실험예 1-2에서 실시한 복합선재의 열팽창계수 및 전기전도도 측정 결과이다.
도 7은 실험예 2-1에서 실시한 실시예 2-3 복합선재의 HRTEM 측정 사진이다.
도 8은 실험예 2-2에서 실시한 복합선재의 인장강도 및 강성 측정 결과이다.
도 9는 실험예 2-2에서 실시한 복합선재의 열팽창계수 및 전기전도도 측정 결과이다.
도 10은 실험예 3-1에서 실시한 실시예 3-1 복합선재의 HRTEM 측정 사진이다.
도 11은 실험예 3-1에서 실시한 실시예 3-1 복합선재의 라만스펙트럼 측정 결과이다.
도 12는 실험예 3-2에서 실시한 복합선재의 인장강도 및 강성 측정 결과이다.
도 13은 실험예 3-2에서 실시한 복합선재의 열팽창계수 및 전기전도도 측정 결과이다.1 (A) is a schematic view of a transmission line (cable) having a core portion and a surface portion to which the composite wire of the present invention is applied, and B is a schematic view of a transmission line (cable) formed only of the composite wire of the present invention.
Figs. 2 and 3 are HRTEM images of the composite wire of Example 1-1 fabricated in Experimental Example 1-1. Fig.
4 shows the results of Raman spectrum measurement of the composite wire of Example 1-1 performed in Experimental Example 1-1.
Fig. 5 shows the tensile strength and stiffness measurement results of the composite cord according to Experimental Example 1-2. Fig.
6 shows the results of measurement of thermal expansion coefficient and electric conductivity of the composite wire material in Experimental Example 1-2.
7 is a HRTEM photograph of the composite wire of Example 2-3 applied in Experimental Example 2-1.
Fig. 8 shows the tensile strength and stiffness measurement results of the composite cord according to Experimental Example 2-2.
9 shows the results of measurement of thermal expansion coefficient and electric conductivity of the composite wire rod in Experimental Example 2-2.
10 is a photograph of the HRTEM of the composite wire of Example 3-1 conducted in Experimental Example 3-1.
11 shows the results of Raman spectrum measurement of the composite wire of Example 3-1 conducted in Experimental Example 3-1.
Fig. 12 shows tensile strength and stiffness measurement results of the composite wire material in Experimental Example 3-2. Fig.
13 shows the results of measurement of thermal expansion coefficient and electric conductivity of the composite wire material in Experimental Example 3-2.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다. Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.
이하, 본 발명의 송전선용 복합선재를 제조하는 방법을 통해서 본 발명을 구체적으로 설명을 한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the method for producing a composite wire for transmission line of the present invention.
본 발명은 풀러렌, 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT) 및 환원된 그래핀옥사이드(rGO) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 탄소재가 알루미늄 매트릭스 내에 분산되어 있는 복합선재로서, 탄소재의 종류에 따라 제조방법에 다소 차이가 있다.The present invention relates to a composite wire having carbon material dispersed in an aluminum matrix containing at least one selected from fullerene, single wall carbon nanotubes (SWNT), multiwall carbon nanotubes (MWNT) and reduced graphene oxides (rGO) , There is a slight difference in manufacturing method depending on the type of carbon material.
우선, 탄소재로서 풀러렌을 적용하는 경우(제법 1), 본 발명의 복합선재는 풀러렌, 알루미늄(Al) 분말 및 윤활제를 혼합한 혼합물을 유성밀링(planetary ball milling)시키는 1단계; 유성밀링된 혼합분말 및 윤활제를 혼합한 후, 어트리션 밀링(attrition milling)을 수행하는 2단계; 어트리션 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 3단계; 윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하는 4단계; 및 상기 선재를 열처리하는 5단계;를 포함하는 공정을 수행하여 복합선재를 제조할 수 있다.First, in the case of applying fullerene as a carbon material (Production Method 1), the composite wire of the present invention is produced by a method comprising: a first step of planetary ball milling a mixture of fullerene, aluminum (Al) powder and lubricant; Mixing the oil-milled mixed powder and the lubricant, and then performing attrition milling; A third step of removing the lubricant from the attrition milled mixed powder; A fourth step of performing a plastic working process on the mixed powder from which the lubricant has been removed to produce a wire rod; And a fifth step of heat-treating the wire rod, thereby manufacturing a composite wire rod.
제법 1의 1단계에 있어서, 상기 혼합물 성분 중 풀러렌 및 알루미늄 분말은 1 : 20 ~ 150 중량비로, 바람직하게는 30 ~ 80 중량비로 사용하는 것이 제조된 복합선재 내 적정 풀러렌의 함량을 맞추기에 적절하다.In the first step of
그리고, 1단계 및 2단계의 윤활제는 고체 윤활제 및/또는 액체 윤활제로서, 분말 간의 과도한 뭉침을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 윤활제를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 스테아르산(stearic acid), 그라파이트， 에틸 알코올, 아세톤， 톨루렌 및 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone）중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 스테아르산, 그라파이트 및 에틸 알코올 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 윤활제 성분의 적정 사용량은 풀러렌 100 중량부에 대하여, 5 ~ 15 중량부를, 바람직하게는 7 ~ 12 중량부를 사용하는 것이 적절하다. 이때, 윤활제의 사용량이 5 중량부 미만이면 분말의 과도한 뭉침 현상을 방지하기 어려운 문제가 있을 수 있고, 15 중량부를 초과하여 사용하면 추후에 분말의 열간 성형 공정을 방해하는 불순물로 작용할 수 있는 문제가 있을 수 있기 때문이다.The lubricants of the first and second stages are solid lubricants and / or liquid lubricants. The lubricants are used to prevent excessive aggregation between powders. Conventional lubricants used in the art can be used, but stearic acid more preferably at least one selected from the group consisting of stearic acid, graphite, and ethyl alcohol, at least one selected from the group consisting of acetic acid, graphite, ethyl alcohol, acetone, toluene and NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) The amount of the lubricant to be used is suitably 5 to 15 parts by weight, preferably 7 to 12 parts by weight, based on 100 parts by weight of the fullerene. If the amount of the lubricant used is less than 5 parts by weight, There may be a problem that it is difficult to prevent excessive aggregation, and when it is used in excess of 15 parts by weight, There is a problem that it may act as an impurity which interferes with the hot forming step.
상기 1단계의 유성밀링은 상기 혼합물에 STS 볼을 혼합물의 10 ~ 20배의 중량비를 투입한 후, 100 ~ 300 rpm, 바람직하게는 180 ~ 250 rpm의 밀링속도로 10 ~ 20 분간 밀링시킨 후, 60분 ~ 80분간 밀링을 중지하는 사이클을 6회 ~ 10회, 바람직하게는 7회 ~ 9회 반복하여 수행할 수 있다. 이때, 유성밀링시 밀링속도가 100 rpm 미만이면 밀링 시 분말에 가해진 기계적 에너지가 미비하여 분말의 파쇄 및 혼합이 충분하게 진행될 수 없는 문제가 있을 수 있고, 밀링속도가 300 rpm을 초과하면 밀링 시 분말에 과도한 기계적 에너지가 인가되어 탄소나노물질，예컨대 풀러렌의 분자 구조가 파괴되는 문제가 있을 수 있다. In the first-stage oil milling, STS ball is added to the mixture at a weight ratio of 10 to 20 times the mixture, and the mixture is milled at a milling speed of 100 to 300 rpm, preferably 180 to 250 rpm for 10 to 20 minutes, And the cycle of stopping the milling for 60 minutes to 80 minutes is repeated 6 to 10 times, preferably 7 to 9 times. If the milling speed is less than 100 rpm during the planetary milling, there is a problem that the mechanical energy applied to the powder during milling is insufficient, so that the pulverization and mixing of the powder can not proceed sufficiently. If the milling speed exceeds 300 rpm, There may be a problem that the molecular structure of the carbon nanomaterial such as fullerene is destroyed.
제법 1에서 상기 2단계의 어트리션 밀링은 알루미늄 분말 내에 탄소 나노 물질， 예컨대 풀러렌을 균질하게 분산하고 알루미늄의 결정립 크기는 미세화하기 위한 것으로서, 1단계에서 제조한 유성밀링된 혼합분말 100 중량부에 대하여 윤활제 0.5 ~ ５ 중량부를, 바람직하게는 １ ~ 2 중량부를 혼합한 혼합물을 아르곤(Ar) 가스 하에서, 450 ~ 600 rpm, 바람직하게는 480 ~ 550 rpm 밀링 속도로 ６ 시간 ~ 30시간 동안 수행할 수 있다. 이때, 윤활제 사용량이 0.5 중량부 미만이면 분말의 과도한 뭉침을 방지할 수 없는 문제가 있을 수 있고, 5 중량부를 초과하면 추후에 분말의 열간 성형 공정을 방해하는 불순물로 작용할 수 있는 문제가 있을 수 있다. 또한, 어트리션 밀링 속도가 450 rpm 미만이면 밀링 시 분말에 가해진 기계적 에너지가 미비하여 분말의 파쇄 및 혼합이 충분하게 진행될 수 없는 문제가 있을 수 있고, 어트리션 밀링 속도가 600 rpm을 초과하면 풀러렌의 분자 구조가 파괴되는 문제가 있을 수 있을 수 있으므로 상기 속도로 밀링을 수행하는 것이 좋다.In the
제법 1에서 3단계는 어트리션 밀링을 수행한 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 공정으로서, 어트리션 밀링된 혼합분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 450℃ ~ 520℃의 열을 15분 ~ 30분간 가하여 윤활제를 제거할 수 있다.In the first to third steps, the lubricant is removed from the mixed powder subjected to the attrition milling. The mixed milled powder is put into a vacuum oven and heated at 450 to 520 ° C in a vacuum atmosphere to 15 Min to 30 min to remove the lubricant.
제법 1에서 4단계는 윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하며, 상기 소성 가공 공정은 압출 공정 또는 신선 공정 등의 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 통해서 수행할 수 있으며, 바람직한 일구현예를 들면, 윤활제가 제거된 혼합분말을 450℃ ~ 550℃, 바람직하게는 460℃ ~ 500℃의 핫 롤링(hot rolling)을 이용하여 1회당 10% ~ 14%의 압하율로 신선(또는 압연)공정을 수행하여 막대, 선 형태 등의 복합선재를 제조할 수 있다. 또 다른 바람직한 일구현예를 들면, 윤활제가 제거된 혼합분말을 460℃ ~ 600℃ 및 압력 250 ~ 290 bar 하에서 압출을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 460℃ ~ 570℃ 및 압력 260 ~ 285 bar 하에서 압출을 수행하여 막대, 선 형태 등의 복합선재를 제조할 수 있다.In the first to fourth steps, the mixed powder obtained by removing the lubricant is subjected to a plastic working step to produce a wire rod. The plastic working step may be performed by a general method used in the art such as an extrusion step or a drawing step, In one embodiment, for example, the lubricant-free mixed powder is subjected to hot rolling at a temperature of 450 ° C to 550 ° C, preferably 460 ° C to 500 ° C, at a reduction rate of 10% to 14% Or rolling) processes to produce composite rods, such as rods and wires. In another preferred embodiment, the mixed powder from which the lubricant has been removed can be extruded at a temperature of 460 ° C to 600 ° C and a pressure of 250 to 290 bar, preferably 460 ° C to 570 ° C and a pressure of 260 to 285 bar Extrusion may be performed to produce composite rods such as rods and wires.
제법 1에서 5단계의 열처리는 복합선재의 인장강도 및 강성 등의 기계적 물성을 향상시키기 위한 것으로서, 대기 분위기 하에서, 수소와 질소의 혼합가스 하에서 또는 진공 분위기 하에서 수행할 수 있다. 구체적으로는 대기 분위기 하에서 400℃ ~ 530℃의 열을 2시간 ~ 30시간 동안 가하여 수행할 수 있으며, 수소와 질소의 혼합가스 하에서 480℃ ~ 600℃의 열을, 바람직하게는 480℃ ~ 560℃의 열을 12시간 ~ 30시간 동안 가하여 수행할 수 있다. 이때, 열처리 온도가 480℃ 미만이면 불순물의 제거 및 산화 그래핀의 환원 반응이 충분히 진행될 수 없는 문제가 있을 수 있고, 열처리 온도가 600℃로 너무 높으면 그래핀이 알루미늄과 반응하여 알루미늄 탄화물이 생성될 수 있는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 온도 하에서 열처리를 수행하는 것이 좋다.The
이렇게 제조된 본 발명의 복합선재는 도 2의 고분해능 전자현미경(HRTEM) 사진으로 확인할 있듯이, 알루미늄 매트릭스 내 풀러렌이 분산된 형태의 복합선재로서, 풀러렌 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 매트릭스를 잔량으로 포함한다. 그리고, 풀러렌 함량은 복합선재 전체 부피% 중 0.5 ~ 5 부피%, 바람직하게는 1 ~ 4.5 부피%, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 3.5 부피%이며, 이때, 풀러렌 함량이 0.5 부피% 미만이면 충분한 인장강도 및 강성을 확보하지 못할 수 있고, 풀러렌 함량이 5 부피%를 초과하면 전기전도도가 급감할 뿐만 아니라, 오히려 인장강도가 낮아지므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다. As shown in the photograph of the high-resolution electron microscope (HRTEM) of FIG. 2, the composite wire according to the present invention thus prepared contains a residual amount of an aluminum matrix containing fullerene and unavoidable impurities as a composite wire in the form of fullerene dispersed in an aluminum matrix . The fullerene content is 0.5 to 5% by volume, preferably 1 to 4.5% by volume, more preferably 1.5 to 3.5% by volume based on the total volume% of the composite wire. When the fullerene content is less than 0.5% by volume, sufficient tensile strength And the stiffness can not be ensured. If the fullerene content exceeds 5 vol%, not only the electric conductivity decreases but also the tensile strength is lowered.
그리고, 복합선재 내 풀러렌과 알루미늄 매트릭스가 접촉되는 계면에는 알루미나(Al2O3)가 형성되어 있을 수 있다.Alumina (Al 2 O 3 ) may be formed at the interface between the fullerene in the composite wire and the aluminum matrix.
이러한, 탄소재로서 풀러렌을 적용한 본 발명의 복합선재는 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E８ 규격의 인장시험법에 의거하여 측정시, 인장강도가 600 ~ 800 Mp이고, 바람직하게는 인장강도가 680 ~ 800 Mpa, 더욱 바람직하게는 700 ~ 780 Mpa일 수 있다. The composite wire according to the present invention to which fullerene is applied as a carbon material has a tensile strength of 600 to 800 Mp, preferably a tensile strength of 680 To 800 Mpa, and more preferably from 700 to 780 Mpa.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E8 규격의 인장시험법에 의거하여 측정시, 강성(elastic modulus)가 70 ~ 100 Mpa, 바람직하게는 75 ~ 98 Mpa, 더욱 바람직하게는 80 ~ 95 Mpa 일 수 있다.When the composite wire has an average diameter of 1.3 mm, the elastic modulus is 70 to 100 MPa, preferably 75 to 98 MPa, and more preferably 80 to 100 MPa when measured according to the tensile test method of the ASTM E8 standard. 95 Mpa.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E831 규격의 열팽창계수 측정 방법에 의거하여 측정시, 열팽창계수(CTE)가 (14 ~ 24)×10-6/℃이고, 바람직하게는 (18 ~ 24)×10-6/℃일 수 있다.When the composite wire rod has an average diameter of 1.3 mm, the coefficient of thermal expansion (CTE) is (14 to 24) x 10 -6 / ° C, preferably (18 ~ 24) x 10 < -6 > / [deg.] C.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E1004에 따른 와전류(Eddy current）를 이용한 전기전도도 측정에 의거하여 측정시, 전기전도도가 30 ~ 45% IACS, 바람직하게는 31 ~ 42% IACS 일 수 있다.In addition, when the composite wire has an average diameter of 1.3 mm, the electric conductivity is 30 to 45% IACS, preferably 31 to 42% IACS when measured based on electric conductivity measurement using an eddy current according to ASTM E1004 .
다음으로, 탄소재로서 탄소나노튜브(CNT)를 이용하여 복합선재를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method for producing a composite wire using carbon nanotubes (CNTs) as carbon materials will be described.
탄소재로서 CNT를 적용하는 경우(제법 2), 본 발명의 복합선재는 CNT, 알루미늄(Al) 분말 및 윤활제를 혼합한 혼합물을 어트리션밀링(attrition milling)시키는 1단계; 어트리션 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 2단계; 윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하는 3단계; 및 상기 선재를 열처리하는 4단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.In the case where CNT is applied as a carbon material (Production Method 2), the composite wire of the present invention has a first step of attrition milling a mixture of CNT, aluminum (Al) powder and a lubricant; A second step of removing the lubricant from the attrition milled mixed powder; A third step of performing a plastic working process on the mixed powder from which the lubricant has been removed to produce a wire rod; And a fourth step of heat treating the wire rod.
제법 2의 1단계에서, 상기 CNT는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(MWNT) 중에서 선택된 단종 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있다.In
그리고, 1단계의 혼합물은 CNT 및 Al 분말을 1 : 30 ~ 160 중량비로, 바람직하게는 1 : 50 ~ 150 중량비로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내로 CNT를 사용하는 것이 복합선재 내 적정 CNT의 함량을 맞추기에 적절하다.The mixture of the first step may contain CNT and Al powder in a weight ratio of 1: 30 to 160, preferably 1: 50 to 150, and the use of CNT within the above range is preferable in that the content of the proper CNT in the composite wire .
좀 더 구체적으로는 CNT가 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)인 경우, SWNT 및 Al 분말을 60 ~ 160 중량비로, 바람직하게는 65 ~ 150 중량비로 사용하는 것이 좋으며, 이러한 중량비의 SWNT 및 Al 분말을 사용하여 제조한 복합선재는Al 매트릭스 내 SWNT를 0.5 ~ 2.5 부피%로, 바람직하게는 0.8 ~ 2.3 부피%로 포함할 수 있다. More specifically, when the CNT is a single-walled carbon nanotube (SWNT), it is preferable to use the SWNT and the Al powder at a weight ratio of 60 to 160, preferably 65 to 150, and the weight ratio of the SWNT and the Al powder The composite wire rod manufactured using the composite wire may contain 0.5 to 2.5% by volume, preferably 0.8 to 2.3% by volume, of SWNT in the Al matrix.
또한, CNT가 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)인 경우, MWNT 및 Al 분말을 30 ~ 75 중량비로, 바람직하게는 40 ~ 72 중량비로 사용하는 것이 좋으며, 이러한 중량비의 MWNT 및 Al 분말을 사용하여 제조한 복합선재는Al 매트릭스 내 MWNT를 1.8 ~ 4.5 부피%로, 바람직하게는 2.0 ~ 3.2 부피%로 포함할 수 있다. When the CNT is a multi-walled carbon nanotube (MWNT), it is preferable to use the MWNT and Al powder at a weight ratio of 30 to 75, preferably 40 to 72, and the weight ratio of MWNT and Al powder A composite wire rod may contain 1.8 to 4.5% by volume, preferably 2.0 to 3.2% by volume of MWNT in the Al matrix.
그리고, 제법 2의 1단계 윤활제는 고체 윤활제 및/또는 액체 윤활제로서, 분말 간의 과도한 뭉침을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 윤활제를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 스테아르산(stearic acid), 그라파이트， 에틸 알코올, 아세톤， 톨루렌 및 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone）중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 스테아르산, 그라파이트 및 에틸 알코올 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 윤활제의 적정 사용량은 CNT 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 3 중량부를, 바람직하게는 0.7 ~ 2 중량부를 사용하는 것이 적절하다. 이때, 윤활제의 사용량이 0.5 중량부 미만이면 분말의 과도한 뭉침 현상을 방지하기 어려운 문제가 있을 수 있고, 3 중량부를 초과하여 사용하면 추후에 분말의 열간 성형 공정을 방해하는 불순물로 작용할 수 있는 문제가 있을 수 있기 때문이다.The first-stage lubricant of
상기 1단계의 어트리션밀링은 상기 혼합물에 STS 볼을 혼합물의 10 ~ 20배의 중량비를 투입한 후, 아르곤(Ar) 가스 하에서, 400 ~ 700 rpm, 바람직하게는 450 ~ 650 rpm의 밀링속도로 4시간 ~ 12시간 정도 밀링을 수행할 수 있다. 이때, 어트리션 밀링 속도가 400 rpm 미만이면 밀링 시 분말에 가해진 기계적 에너지가 미비하여 분말의 파쇄 및 혼합이 충분하게 진행될 수 없는 문제가 있을 수 있고, 어트리션 밀링 속도가 700 rpm을 초과하면 CNT의 분자 구조가 파괴되는 문제가 있을 수 있을 수 있으므로 상기 속도로 밀링을 수행하는 것이 좋다.In the first stage of the abrasion milling, an STS ball is charged into the mixture at a weight ratio of 10 to 20 times of the mixture, and then, under argon gas, at a milling speed of 400 to 700 rpm, preferably 450 to 650 rpm Milling can be performed for about 4 hours to 12 hours. If the milling speed is less than 400 rpm, the mechanical energy applied to the milling process may be insufficient for the pulverization and mixing of the powders. If the milling speed exceeds 700 rpm It is preferable to perform the milling at the above-mentioned speed because there may be a problem that the molecular structure of the CNT is destroyed.
제법 2에서 2단계는 어트리션 밀링을 수행한 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 공정으로서, 어트리션 밀링된 혼합분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 450℃ ~ 520℃의 열을 15분 ~ 30분간 가하여 윤활제를 제거할 수 있다.
제법 2에서 3단계는 윤활제를 제거한 혼합분말을 선재로 제조하는 공정인데, 상기 제법 1의 4단계에 언급된 소성 가공 공정과 동일한 방법으로 수행할 수 있다.
또한, 제법 2에서 4단계의 열처리 공정은 상기 제법 1의 5단계에 언급된 열처리 공정과 동일한 방법으로 수행할 수 있다.The
이렇게 제조된 본 발명의 CNT 함유 복합선재는 도 7의 고분해능 전자현미경(HRTEM) 사진으로 확인할 있듯이, 알루미늄 매트릭스 내 CNT가 분산된 형태의 복합선재로서, CNT 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 매트릭스를 잔량으로 포함한다. 그리고, CNT 함량은 복합선재 전체 부피% 중 0.5 ~ 3.5 부피%를 포함할 수 있으며, CTN가 SWNT인 경우, SWNT는 0.5 ~ 2.5 부피%, 바람직하게는 0.8 ~ 2.3 부피%인 것이 좋다. 그리고, CNT가 MWNT인 경우에는 MWNT는 1.8 ~ 4.5 부피%, 바람직하게는 2.0 ~ 3.2 부피%인 것이 기계적 물성 및 전기전도도 측면 등 종합적인면에서 유리하다.As shown in the photograph of the high-resolution electron microscope (HRTEM) of FIG. 7, the thus-prepared CNT-containing composite wire of the present invention is a composite wire in which CNTs in an aluminum matrix are dispersed, and an aluminum matrix containing CNTs and unavoidable impurities . The CNT content may include 0.5 to 3.5% by volume of the total volume of the composite wire. When the CTN is SWNT, the SWNT is preferably 0.5 to 2.5% by volume, and more preferably 0.8 to 2.3% by volume. When the CNT is MWNT, the MWNT is preferably 1.8 to 4.5% by volume, and more preferably 2.0 to 3.2% by volume, in terms of mechanical properties and electric conductivity.
그리고, 복합선재 내 CNT와 알루미늄 매트릭스가 접촉되는 계면에는 알루미나(Al2O3)가 형성되어 있을 수 있다.Alumina (Al 2 O 3 ) may be formed at the interface between the CNTs in the composite wire and the aluminum matrix.
이러한, 탄소재로서 CNT를 적용한 본 발명의 복합선재는 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E８ 규격의 인장시험법에 방법에 의거하여 측정시, 인장강도가 300 ~ 480 Mpa 이고, 바람직하게는 인장강도가 350 ~ 480 Mpa, 더욱 바람직하게는 400 ~ 480 Mpa일 수 있다. The composite wire according to the present invention, to which CNT is applied as a carbon material, has a tensile strength of 300 to 480 Mpa when measured according to the tensile test method of ASTM E8 standard with an average diameter of 1.3 mm, May be 350 to 480 MPa, and more preferably 400 to 480 MPa.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E8 규격의 인장시험법에 방법에 의거하여 측정시, 강성(elastic modulus)가 60 ~ 80 Mpa, 바람직하게는 62 ~ 78 Mpa, 더욱 바람직하게는 70 ~ 78 Mpa 일 수 있다.When the composite wire has an average diameter of 1.3 mm, the elastic modulus is preferably 60 to 80 MPa, more preferably 62 to 78 MPa, more preferably 62 to 78 MPa when measured according to the ASTM E8 standard tensile test method. 70 to 78 MPa.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E831 규격의 열팽창계수 측정 방법에 의거하여 측정시, 열팽창계수(CTE)가 (22 ~ 25)×10-6/℃이고, 바람직하게는 (22.5 ~ 24)×10-6/℃일 수 있다.When the composite wire rod has an average diameter of 1.3 mm, the coefficient of thermal expansion (CTE) is (22-25) 占10-6 / 占 폚, preferably (22.5 ~ 24) x 10 < -6 > / [deg.] C.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E1004에 따른 와전류를 이용한 전기전도도 측정 방법에 의거하여 측정시, 전기전도도가 40 ~ 55% IACS, 바람직하게는 41 ~ 53% IACS 일 수 있다.In addition, when the composite wire has an average diameter of 1.3 mm, the electrical conductivity may be 40 to 55% IACS, preferably 41 to 53% IACS when measured according to the electric conductivity measurement method using an eddy current according to ASTM E1004.
다음으로, 탄소재로서 그래핀옥사이드(GO)를 이용하여 복합선재를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of producing a composite wire using graphene oxide (GO) as a carbon material will be described.
탄소재로서 환원된 그래핀옥사이드(rGO)를 도입하기 위해서(제법 2), 본 발명의 복합선재는 알루미늄(Al) 분말 및 윤활제를 혼합한 혼합물을 밀링(milling)시키는 1단계; 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하여 알루미늄 플레이크 분말(AFP)을 제조하는 2단계; 고분자 수용액 및 상기 AFP를 혼합한 AFP-고분자 용액을 여과 및 세척하여 고분자가 코팅된 AFP 슬러리를 제조하는 3단계; AFP 슬러리에 그래핀옥사이드 현탁액을 적가 및 교반하여 혼합용액을 제조하는 4단계; 상기 혼합용액을 여과한 후, 여과하여 얻은 생성물을 건조시켜서 GO/Al 복합분말을 제조하는 5단계; 상기 GO/Al 복합분말을 진공 또는 수소 분위기 하에서 열적환원처리하여 rGO/Al 복합분말을 제조하는 6단계; rGO/Al 복합분말 및 Al 분말 1 : 2.5 ~ 4 중량비로 혼합한 혼합분말을 유성밀링(planetary ball milling)시키는 7단계; 유성밀링시킨 혼합분말 및 윤활제를 혼합한 후, 어트리션밀링(attrition milling)시키는 8단계; 어트리션 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 9단계; 윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하는 10단계; 및 상기 선재를 열처리하는 11단계;를 포함하는 공정을 수행하여 복합선재를 제조할 수 있다.In order to introduce reduced graphene oxide (rGO) as a carbon material (Production Method 2), the composite wire according to the present invention comprises a first step of milling a mixture of an aluminum (Al) powder and a lubricant; Removing the lubricant from the milled mixed powder to produce an aluminum flake powder (AFP); A third step of preparing a polymer-coated AFP slurry by filtering and washing the AFP-polymer solution mixed with the aqueous polymer solution and the AFP; Dropping the graphene oxide suspension into the AFP slurry and stirring to prepare a mixed solution; Filtering the mixed solution, filtering and drying the resulting product to produce a GO / Al composite powder; A sixth step of producing the rGO / Al composite powder by subjecting the GO / Al composite powder to a thermal reduction treatment under a vacuum or hydrogen atmosphere; rGO / Al composite powder and Al powder 1: 2.5 to 4 weight ratio; 7) planetary ball milling the mixture powder; Step 8 in which a mixed powder obtained by oil-milling and a lubricant are mixed, followed by attrition milling; 9) removing the lubricant from the attrition milled mixed powder; A step 10 of producing a wire rod by performing a plastic working process on the mixed powder from which the lubricant is removed; And a step 11 of heat treating the wire rod to produce a composite wire rod.
제법 3의 1단계에서 혼합물은 Al 분말 100 중량부에 대하여, 윤활제 0.5 ~ 2 중량부로, 바람직하게는 0.5 ~ 1.5 중량부로 사용할 수 있다. 이때, 윤활제의 사용량이 0.5 중량부 미만이면 분말의 과도한 뭉침 현상을 방지하기 어려운 문제가 있을 수 있고, 2 중량부를 초과하여 사용하면 추후에 분말의 열간 성형 공정을 방해하는 불순물로 작용할 수 있는 문제가 있을 수 있기 때문이다. 그리고, 상기 윤활제는 고체 윤활제 및/또는 액체 윤활제로서, 분말 간의 과도한 뭉침을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 윤활제를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 스테아르산(stearic acid), 그라파이트， 에틸 알코올, 아세톤， 톨루렌 및 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone）중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 스테아르산, 그라파이트 및 에틸 알코올 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In the first step of
1단계의 밀링은 어트리션 밀링(attrition milling), 유성 밀링(planetary milling), 핸드 믹싱(hand mixing), 또는 스펙스 밀링(spex mill)을 이용하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 어트리션 밀링으로 수행할 수 있다. 이의 바람직한 일구현예를 들면, Al 분말 100 중량부에 대하여, 윤활제 1 중량부 및 STS 볼 1,500 중량부를 투입한 후, 300 ~ 500 rpm으로 2시간 ~ 4시간 동안 어트리션 밀링을 수행할 수 있다.The one-step milling can be performed using attrition milling, planetary milling, hand mixing, or speck milling, . ≪ / RTI > In one preferred embodiment of the present invention, 1 part by weight of the lubricant and 1,500 parts by weight of the STS ball are added to 100 parts by weight of the Al powder, and then subjected to attrition milling at 300 to 500 rpm for 2 to 4 hours .
제법 3의 2단계는 밀링된 Al 분말로부터 윤활제를 제거하는 공정으로서, 밀링된 혼합분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 450℃ ~ 520℃의 열을 15분 ~ 30분간 가하여 윤활제를 제거하여 알루미늄 플레이크 분말(AFP)를 제조할 수 있다.The second step of
제법 3의 3단계는 고분자가 코팅된 알루미늄 플레이크 분말(AFP) 슬러리(slurry)를 제조하는 공정으로서, 고분자 수용액에 상기 AFP를 혼합 및 교반하여 AFP-고분자 용액을 제조한 다음, 이를 여과지 등을 이용하여 여과한 후, 증류수, 비이온수(DI water) 등으로 세척하여 AFP 슬러리를 제조할 수 있다. 이때, 상기 고분자 수용액은 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴아미드 및 글리세롤 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 고분자를 물에 용해시킨 것이다. 그리고, 상기 AFP-고분자 용액은 고분자 수용액 내 AFP가 충분히 잠길 수 있는 부피로 사용하며, AFP 10g 기준으로 고분자 수용액을 50cc ~ 200cc 정도로 혼합 및 교반하여 제조할 수 있다.
제법 3의 4단계는 고분자가 코팅된 AFP 슬러리에 그래핀옥사이드(GO) 현탁액을 적가 및 교반하여 혼합용액을 제조하는 단계이다. 이때, 상기 GO 현탁액은 GO를 물과 혼합한 후, 초음파 처리하여 제조할 수 있으며, GO 현탁액 제조방법이 이에 특별히 한정되는 것은 아니다. Step 4 of
제법 3의 5단계는 4단계의 혼합용액의 여과물인 젖은 GO/Al 복합분말을 건조시켜서 GO/Al 복합분말을 제조하는 공정으로서, 이때, 건조는 당업계에서 사용하는 일반적인 방법으로 건조를 수행할 수 있으며, 바람직한 일구현예를 들면, 25 ~ 35℃의 열풍을 가하거나, 오븐에 투입하여 건조를 수행할 수 있다.
제법 3의 6단계는 GO/Al 복합분말의 GO를 환원시키기 위한 공정으로서, GO/Al 복합분말을 진공 또는 수소 분위기 하에서 450℃ ~ 600℃의 열을 40분 ~ 1시간 30분 정도 가하여 GO를 열적환원처리하여, rGO/Al 복합분말을 제조할 수 있다.Step 6 of the
제법 3의 7단계는 6단계에서 제조한 rGO/Al 복합분말 및 Al 분말을 혼합한 혼합분말;과 STS 볼;을 혼합한 다음, 유성밀링(planetary ball milling)시키는 공정이다.Step 7 of
이때, 상기 혼합분말은 rGO/Al 복합분말 및 Al 분말과 1 : 2.5 ~ 4 중량비로 포함하는 것이, 바람직하게는 1 : 2.7 ~ 3.5 중량비로 포함하는 것이 좋으며, 이때, Al 분말 사용량이 2.5 중량비 미만이면, 제조한 복합선재 내 rGO 함량이 너무 많아져서 복합선재의 기계적 물성이 낮아질 수 있고, Al 분말 사용량이 4.0 중량비를 초과하면 rGO 함량이 너무 적어져서 오히려 충분한 기계적 물성을 확보하지 못 할 수 있다.At this time, it is preferable that the mixed powder contains 1: 2.5 ~ 4 weight ratio of rGO / Al composite powder and Al powder, preferably 1: 2.7 ~ 3.5 weight ratio. When the amount of the Al powder is less than 2.5 weight ratio The rGO content in the composite wire rod becomes too large and mechanical properties of the composite wire rod can be lowered. If the amount of the Al powder is more than 4.0 weight ratio, the rGO content may be too small to ensure sufficient mechanical properties.
그리고, 상기 7단계의 유성밀링은 70 ~ 150 rpm, 바람직하게는 80 ~ 130 rpm의 밀링속도로 20 ~ 40 분간 밀링시킨 후, 60분 ~ 90분간 밀링을 중지하는 사이클을 6회 ~ 10회, 바람직하게는 7회 ~ 9회 반복하여 수행할 수 있다. The 7-step planetary milling is performed at a milling speed of 70 to 150 rpm, preferably 80 to 130 rpm for 20 to 40 minutes, followed by a cycle of stopping the milling for 60 to 90 minutes for 6 to 10 times, Preferably 7 to 9 times.
제법 3의 상기 8단계의 어트리션 밀링은 7단계에서 제조한 유성밀링된 혼합분말 100 중량부에 대하여 윤활제 0.5 ~ 3 중량부를, 바람직하게는 0.5 ~ 2 중량부를 혼합한 혼합물을 아르곤(Ar) 가스 하에서, 450 ~ 600 rpm, 바람직하게는 520 ~ 580 rpm 밀링 속도로 4 시간 ~ 10시간 동안 수행할 수 있다. 이때, 윤활제 사용량이 0.5 중량부 미만이면 분말의 과도한 뭉침 현상을 방지하기 어려운 문제가 있을 수 있고, 3 중량부를 초과하여 사용하면 추후에 분말의 열간 성형 공정을 방해하는 불순물로 작용할 수 있는 문제가 있을 수 있기 때문이다. 또한, 어트리션 밀링 속도가 450 rpm 미만이면 밀링 시 분말에 가해진 기계적 에너지가 미비하여 분말의 파쇄 및 혼합이 충분하게 진행될 수 없는 문제가 있을 수 있고, 어트리션 밀링 속도가 600 rpm을 초과하면 풀러렌의 분자 구조가 파괴되는 문제가 있을 수 있을 수 있으므로 상기 속도로 밀링을 수행하는 것이 좋다.In the abrasion milling of the eight steps of
제법 3의 9단계는 어트리션 밀링을 수행한 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 공정으로서, 어트리션 밀링된 혼합분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 450℃ ~ 520℃의 열을 15분 ~ 30분간 가하여 윤활제를 제거할 수 있다.Step 9 of the
제법 3에서 10단계는 윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하며, 상기 소성 가공 공정은 압출 공정 또는 신선 공정 등의 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 통해서 수행할 수 있으며, 바람직한 일구현예를 들면, 윤활제가 제거된 혼합분말을 450℃ ~ 550℃, 바람직하게는 460℃ ~ 500℃의 핫 롤링(hot rolling)을 이용하여 1회당 10 ~ 14%의 압하율로 신선(또는 압연)공정을 수행하여 막대, 선 형태 등의 복합선재를 제조할 수 있다. 또 다른 바람직한 일구현예를 들면, 윤활제가 제거된 혼합분말을 460℃ ~ 600℃ 및 압력 250 ~ 290 bar 하에서 압출을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 460℃ ~ 570℃ 및 압력 260 ~ 285 bar 하에서 압출을 수행하여 막대, 선 형태 등의 복합선재를 제조할 수 있다.In the
제법 3에서 11단계의 열처리는 복합선재의 인장강도 및 강성 등의 기계적 물성을 향상시키기 위한 것으로서, 대기 분위기 하에서, 수소와 질소의 혼합가스 하에서 또는 진공 분위기 하에서 수행할 수 있다. 구체적으로는 대기 분위기 하에서 400℃ ~ 530℃의 열을 2시간 ~ 30시간 동안 가하여 수행할 수 있으며, 수소와 질소의 혼합가스 하에서 480℃ ~ 600℃의 열을, 바람직하게는 480℃ ~ 560℃의 열을 12시간 ~ 30시간 동안 가하여 수행할 수 있다. 이때, 열처리 온도가 480℃ 미만이면 불순물의 제거 및 산화 그래핀의 환원 반응이 충분히 진행될 수 없는 문제가 있을 수 있고, 열처리 온도가 600℃로 너무 높으면 그래핀이 알루미늄과 반응하여 알루미늄 탄화물이 생성될 수 있는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 온도 하에서 열처리를 수행하는 것이 좋다.The heat treatments of
그리고, 복합선재 내 rGO와 알루미늄 매트릭스가 접촉되는 계면에는 알루미나(Al2O3)가 형성되어 있을 수 있다(도 10 참조).Alumina (Al 2 O 3 ) may be formed at the interface between the rGO and the aluminum matrix in the composite wire (see FIG. 10).
이러한, 탄소재로서 rGO를 포함하는 본 발명의 복합선재는 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E８ 규격의 인장시험법에 방법에 의거하여 측정시, 인장강도가 320 ~ 400 Mpa 이고, 바람직하게는 인장강도가 340 ~ 400 Mpa, 더욱 바람직하게는 350 ~ 400 Mpa일 수 있다. The composite wire of the present invention containing rGO as the carbon material has a tensile strength of 320 to 400 MPa when measured according to the tensile test method of the ASTM E8 standard when the average diameter is 1.3 mm, The strength may be from 340 to 400 MPa, more preferably from 350 to 400 MPa.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E8 규격의 인장시험법에 방법에 의거하여 측정시, 강성이 70 ~ 90 Mpa, 바람직하게는 72 ~ 87 Mpa일 수 있다.Further, when the composite wire has an average diameter of 1.3 mm, the rigidity may be 70 to 90 MPa, preferably 72 to 87 MPa when measured according to the tensile test method of the ASTM E8 standard.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E831 규격의 열팽창계수 측정 방법에 의거하여 측정시, 열팽창계수(CTE)가 (20 ~ 26)×10-6/℃이고, 바람직하게는 (22 ~ 26)×10-6/℃일 수 있다.When the composite wire rod has an average diameter of 1.3 mm, the thermal expansion coefficient (CTE) is (20-26) 占10-6 / 占 폚, preferably (22 ~ 26) x 10 < -6 > / [deg.] C.
또한, 복합선재가 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E1004에 따른 와전류를 이용한 전기전도도 측정 방법에 의거하여 측정시, 전기전도도가 45 ~ 54% IACS, 바람직하게는 48 ~ 54% IACS 일 수 있다.In addition, when the composite wire has an average diameter of 1.3 mm, the electrical conductivity may be 45 to 54% IACS, preferably 48 to 54% IACS when measured according to the electrical conductivity measurement method using an eddy current according to ASTM E1004.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 실시예에 의해 본 발명의 권리범위를 한정하여 해석해서는 안된다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. However, the following examples are provided to aid understanding of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention by examples.
[[ 실시예Example ]]
실시예 1-1 : 풀러렌 함유 복합선재의 제조Example 1-1: Preparation of fullerene-containing composite wire rod
풀러렌 1g, 알루미늄 분말 80g 및 스테아르산 0.1g을 혼합 및 교반하여 혼합물을 준비하였다. 다음으로 상기 혼합물의 15배 질량의 STS 분말을 혼합물과 혼합한 후, 200 rpm 속도로 15분간 유성밀링을 수행하고, 75분간 밀링을 중지하였다(1 cycle). 이러한 유성밀링을 8 사이클 반복하여 유성밀링된 혼합분말을 제조하였다.1 g of fullerene, 80 g of aluminum powder and 0.1 g of stearic acid were mixed and stirred to prepare a mixture. Next, STS powder having a mass of 15 times the mass of the mixture was mixed with the mixture, followed by oil milling at a speed of 200 rpm for 15 minutes, and the milling was stopped for 75 minutes (1 cycle). This oil milling was repeated eight times to prepare oil milled mixed powders.
다음으로, 유성밀링시킨 혼합분말 100 중량부에 대하여 스테아르산 1 중량부를 혼합한 후, 아르곤 가스 하에서 500 rpm의 속도로 24시간 동안 어트리션 밀링을 수행하였다.Subsequently, 1 part by weight of stearic acid was mixed with 100 parts by weight of the oil-milled mixed powder, and then subjected to induction milling at a speed of 500 rpm under argon gas for 24 hours.
다음으로, 어트리션 밀링시킨 혼합분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 500℃ 하에서, 20분간 열을 가하여 윤활제를 제거하였다.Next, the mixed powder subjected to the induction milling was put into a vacuum oven, and then the lubricant was removed by heating at 500 ° C for 20 minutes in a vacuum atmosphere.
다음으로, 산이 제거된 혼합분말을 480℃의 핫 롤링(hot rolling)을 이용하여 1회당 12%의 압하율로 신선 공정을 수행하여 평균직경 1.3mm 정도의 선재를 제조하였다.Next, the acid-removed mixed powder was subjected to a drawing process at a reduction rate of 12% per one time by hot rolling at 480 캜 to produce a wire having an average diameter of about 1.3 mm.
다음으로, 상기 선재를 진공 분위기 하에서, 500℃의 12시간 동안 열처리를 수행하여 최종 풀러렌(2 부피%) 함유 복합선재를 제조하였다.Next, the wire rod was heat-treated at 500 ° C for 12 hours in a vacuum atmosphere to prepare a final composite wire rod containing fullerene (2 vol%).
실시예 1-2 ~ 실시예 1-6 및 비교예 1-1 ~ 1-6: 풀러렌 함유 복합선재의 제조 Example 1-2 to Example 1-6 and Comparative Examples 1-1 to 1-6: Article of the fullerene-containing composite wire
상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 풀러렌 함유 복합선재를 제조하되, 하기 표 1과 같은 조건 및 조성을 가지는 복합선재를 제조하여 실시예 1-2 ~ 1-6 및 비교예 1-1 ~ 1-6을 각각 실시하였다.Composite wire materials having the same conditions and composition as those in Table 1 below were prepared in the same manner as in Example 1-1 to prepare fullerene-containing composite wire materials, and Examples 1-2 to 1-6 and Comparative Examples 1-1 to 1- 6 respectively.
풀러렌 부피%In Al matrix
Fullerene volume%
실험예Experimental Example 1-1: 1-1: 풀러렌Fullerene 함유 contain 복합선재의Composite wire HRTEMHRTEM 측정 및 Measurement and 라만스펙트럼Raman Spectrum 측정 Measure
실시예 1-1에서 제조한 선재의 HRTEM(High-resolution transmission electron microscopy) 측정 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다. 도 2를 살펴보면 Al 매트릭스 내부에 풀러렌이 고르게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었다.The results of HRTEM (high-resolution transmission electron microscopy) measurement of the wire rod prepared in Example 1-1 are shown in FIG. 2 and FIG. 2, it can be confirmed that fullerene is uniformly dispersed in the Al matrix.
또한, 실시예 1-1에서 제조한 선재의 라만스펙트럼 측정 데이터를 도 4에 나타내었으며, 선재 내 풀러렌이 심각한 파손 없이 존재함을 확인할 수 있었다.In addition, the Raman spectrum measurement data of the wire rod prepared in Example 1-1 is shown in Fig. 4, and it can be confirmed that fullerene in the wire rod is present without serious breakage.
실험예Experimental Example 1-2: 1-2: 풀러렌Fullerene 함유 contain 복합선재의Composite wire 기계적, 전기적 물성 측정 Measurement of mechanical and electrical properties
실시예 1-2 ~ 1-6 및 비교예 1-1 ~ 1-6에서 제조한 선재의 인장강도(tensile strength), 강성(elastic modulus), 열팽창계수(Coefficient of thermal expansion, CTE) 및 전기전도도(Electrical conductivity)를 각각 측정하여 그 결과를 하기 표 2 및 도 5와 도 6에 각각 나타내었다.The tensile strength, the elastic modulus, the coefficient of thermal expansion (CTE), and the electrical conductivity of the wire rod prepared in Examples 1-2 to 1-6 and Comparative Examples 1-1 to 1-6 (Electrical conductivity), and the results are shown in Table 2, FIG. 5, and FIG. 6, respectively.
이때, 인장강도 및 강성은 ASTM E8 규격의 인장시험법에 방법에 의거하여 측정하였고, 열팽창계수는 ASTM E831 규격의 열팽창계수 측정 방법에 의거하여 측정하여였으며, 전기전도도는 ASTM E1004에 따른 와전류(Eddy current）를 이용한 전기전도도 측정 방법에 의거하여 측정하였다.The tensile strength and the stiffness were measured in accordance with the tensile test method according to the ASTM E8 standard, and the thermal expansion coefficient was measured according to the thermal expansion coefficient measurement method according to the ASTM E831 standard. The electric conductivity was measured according to ASTM E1004 Eddy current was measured according to the electric conductivity measurement method.
(Mpa)The tensile strength
(Mpa)
(Mpa)Stiffness
(Mpa)
(10-6/℃)Coefficient of thermal expansion
(10 -6 / ° C)
(% IACS)Electrical conductivity
(% IACS)
상기 표 2, 도 5 ~ 도 6의 실험결과를 열처리를 하지 않은 선재(비교예 1-1, 비교예 1-2, 비교예 1-3, 비교예 1-4) 보다 열처리를 수행한 선재가 전반적으로 우수한 인장강도 및 강성을 가지는 결과를 보였다. 그러나, 열처리 여부가 전기전도도에 큰 영향을 주지는 않았다.The experimental results of Table 2 and Figs. 5 to 6 were compared with those of the wire materials subjected to the heat treatment than the wire materials without heat treatment (Comparative Example 1-1, Comparative Example 1-2, Comparative Example 1-3, and Comparative Example 1-4) Overall, it showed excellent tensile strength and rigidity. However, the heat treatment did not significantly affect the electrical conductivity.
그리고, 풀러렌 함량 여부 및 열처리 시간이 선재의 기계적 물성 및 전기적 물성에 영향을 끼침을 확인할 수 있었는데, 풀러렌이 2 부피%인 경우, 열처리 시간이 12시간인 경우(실시예 1-1)가 24시간 열처리 시간이 24시간인 경우(실시예 1-3) 보다 인장강도는 높지만, 강성이 다소 낮아지는 경향을 보였다. 그리고, 풀러렌이 3 부피%인 경우, 열처리 시간이 12시간인 경우(실시예 1-3) 보다 24시간 열처리한 경우(실시예 1-4) 보다 인장강도 및 강성이 다소 높은 경향을 보였다.It was confirmed that the fullerene content and the heat treatment time had an influence on the mechanical properties and the electrical properties of the wire. When the fullerene was 2 vol%, the heat treatment time was 12 hours (Example 1-1) The tensile strength was higher than that in the case where the heat treatment time was 24 hours (Example 1-3), but the rigidity tended to be somewhat lowered. When the fullerene content was 3 vol.%, The tensile strength and rigidity tended to be somewhat higher than in the case of heat treatment for 24 hours (Example 1-4) than in the case of heat treatment time of 12 hours (Example 1-3).
그러나, 풀러렌이 5 부피%인 경우(실시예 1-5, 실시예 1-6), 풀러렌 함량 3부피%인 경우와 비교할 때, 기계적 물성 향상이 없으며 오히려 떨어지는 결과를 보였다.However, when the fullerene content was 5 vol% (Examples 1-5 and Examples 1-6), the mechanical properties were not improved, but the results were lower than those of the case where the fullerene content was 3 vol%.
그리고, 풀러렌 함량이 증가할수록 열팽창계수가 낮아지는 경향을 보였다.And, as the fullerene content increased, the thermal expansion coefficient tended to decrease.
실시예Example 2-1 : 2-1: CNTCNT 함유 contain 복합선재의Composite wire 제조 Produce
단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 0.68g, 알루미늄 분말 99.32g 및 스테아르산 1g을 혼합 및 교반하여 혼합물을 준비하였다. 다음으로 상기 혼합물의 15배 질량의 STS 분말을 혼합물과 혼합한 후, 아르곤 가스 하에서 500 rpm의 속도로 6시간 동안 어트리션 밀링을 수행하였다.0.68 g of single-walled carbon nanotubes (SWNT), 99.32 g of aluminum powder and 1 g of stearic acid were mixed and stirred to prepare a mixture. Next, STS powder having a mass of 15 times the mass of the mixture was mixed with the mixture, and then subjected to induction milling at a speed of 500 rpm under argon gas for 6 hours.
다음으로 어트리션 밀링시킨 혼합분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 500℃ 하에서, 20분 동안 열을 가하여 윤활제를 제거하였다.Next, the mixed milled powders were put into a vacuum oven and heated at 500 ° C. for 20 minutes in a vacuum atmosphere to remove the lubricant.
다음으로, 산이 제거된 혼합분말을 480℃의 핫 롤링(hot rolling)을 이용하여 1회당 12%의 압하율로 신선 공정을 수행하여 평균직경 1.3mm 정도의 신선재를 제조하였다.Next, the acid-removed mixed powder was subjected to a drawing process at a reduction rate of 12% per one time by hot rolling at 480 캜 to prepare a fresh material having an average diameter of about 1.3 mm.
다음으로, 상기 선재를 진공 분위기 하에서, 500℃의 12시간 동안 열처리를 수행하여 최종 SWNT(1부피%) 함유 복합선재(선재)를 제조하였다.Next, the wire material was heat-treated at 500 ° C for 12 hours in a vacuum atmosphere to prepare a composite wire rod (wire rod) containing final SWNT (1 volume%).
실시예Example 2-2 ~ 2-2 ~ 실시예Example 2-3 및 2-3 and 비교예Comparative Example 2-1: 2-1: CNTCNT 함유 contain 복합선재의Composite wire 제조 Produce
상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 CNT 함유 선재를 제조하되, 하기 표 3과 같은 조성을 가지는 CNT 함유 선재를 각각 제조하였다.A CNT-containing wire rod was prepared in the same manner as in Example 2-1, and CNT-containing wire rod materials having the compositions shown in Table 3 were prepared.
여기서, 비교예 2-1은 CNT를 사용하지 않았고, 실시예 2-3은 SWNT 대신 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)를 사용하였다.Here, CNT was not used in Comparative Example 2-1, and MWNT was used instead of SWNT in Example 2-3.
실시예Example 2-4 : 2-4: CNTCNT 함유 contain 복합선재(압출재)의Of composite wire (extruded material) 제조 Produce
단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 0.68g, 알루미늄 분말 99.32g 및 스테아르산 1g을 혼합 및 교반하여 혼합물을 준비하였다. 다음으로 상기 혼합물의 15배 질량의 STS 분말을 혼합물과 혼합한 후, 아르곤 가스 하에서 500 rpm의 속도로 6시간 동안 어트리션 밀링을 수행하였다.0.68 g of single-walled carbon nanotubes (SWNT), 99.32 g of aluminum powder and 1 g of stearic acid were mixed and stirred to prepare a mixture. Next, STS powder having a mass of 15 times the mass of the mixture was mixed with the mixture, and then subjected to induction milling at a speed of 500 rpm under argon gas for 6 hours.
다음으로 어트리션 밀링시킨 혼합분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 500℃ 하에서, 20분 동안 열을 가하여 윤활제를 제거하였다.Next, the mixed milled powders were put into a vacuum oven and heated at 500 ° C. for 20 minutes in a vacuum atmosphere to remove the lubricant.
다음으로, 산이 제거된 혼합분말을 500℃ 및 275 bar의 조건으로 압출기를 이용하여 압출시켜서 평균직경 1.3mm 정도의 압출재를 제조하였다.Next, the acid-removed mixed powder was extruded at 500 DEG C and 275 bar using an extruder to produce an extruded material having an average diameter of about 1.3 mm.
CNT 부피%In Al matrix
CNT volume%
실험예Experimental Example 2-1: 2-1: CNTCNT 함유 contain 복합선재의Composite wire HRTEMHRTEM 측정 Measure
실시예 2-3에서 제조한 선재의 HRTEM(High-resolution transmission electron microscopy) 측정 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7을 살펴보면 Al 매트릭스 내부에 다중벽 탄소나노튜브가 고르게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었다.The results of HRTEM (high-resolution transmission electron microscopy) measurement of the wire rod prepared in Example 2-3 are shown in FIG. Referring to FIG. 7, it can be seen that the multi-walled carbon nanotube is uniformly dispersed in the Al matrix.
실험예Experimental Example 2-2: 2-2: CNTCNT 함유 contain 복합선재의Composite wire 기계적, 전기적 물성 측정 Measurement of mechanical and electrical properties
실시예 2-1 ~ 2-4 및 비교예 2-1에서 제조한 선재의 인장강도(tensile strength), 강성(elastic modulus), 열팽창계수(Coefficient of thermal expansion, CTE) 및 전기전도도(Electrical conductivity)를 각각 측정하여 그 결과를 하기 표 4 및 도 8과 도 9에 각각 나타내었다.The tensile strength, the elastic modulus, the coefficient of thermal expansion (CTE) and the electrical conductivity of the wire rod prepared in Examples 2-1 to 2-4 and Comparative Example 2-1 were measured, And the results are shown in Table 4, FIG. 8, and FIG. 9, respectively.
이때, 인장강도, 강성, 열팽창계수 및 전기전도도 측정 방법은 상기 실험예 1-2와 동일하다.The tensile strength, the stiffness, the thermal expansion coefficient and the electric conductivity were measured in the same manner as in Experimental Example 1-2.
(Mpa)The tensile strength
(Mpa)
(Mpa)Stiffness
(Mpa)
(10-6/℃)Thermal expansion
(10 -6 / ° C)
(% IACS)Electrical conductivity
(% IACS)
상기 표 2, 도 8, 도 9를 살펴보면, CNT를 함유하지 않은 선재와 비교예 2-1)가 전기전도도는 우수하지만, 인장강도가 실시예 2-1 ~ 2-4에 비해 크게 떨어지는 결과를 보였다.8 and 9, CNT-free wire rod and Comparative Example 2-1) have excellent electrical conductivity, but have a tensile strength significantly lower than those of Examples 2-1 to 2-4. It looked.
그리고, 실시예 2-3(신선 공정)가 실시예 2-4(압출 공정) 보다 인장강도, 강성 및 전기전도도가 상대적으로 우수한 결과를 보였다.In addition, the result of Example 2-3 (drawing process) showed a relatively higher tensile strength, stiffness and electrical conductivity than that of Example 2-4 (extrusion process).
또한, 압연재의 경우, 2 부피%의 SWNT를 포함하는 선재(실시예 2-2)가 3부피%의 MWNT를 포함하는 선재(실시예 2-3) 보다 우수한 기계적 물성을 가지는 결과를 보였다.In addition, in the rolled material, the wire material containing 2 vol% of SWNT (Example 2-2) showed better mechanical properties than the wire material containing 3 vol% of MWNT (Example 2-3).
그리고, 실시예 2-1 보다 실시예 2-2가 기계적 물성은 우수하나, 전기전도도는 실시예 2-1이 우수한 결과를 보였다.Example 2-2 had better mechanical properties than Example 2-1, but showed excellent electrical conductivity in Example 2-1.
실시예Example 3-1 : 3-1: rGOrGO 함유 contain 복합선재의Composite wire 제조 Produce
알루미늄 분말 100g, 스테아르산 1g 및 STS 볼 1500g을 혼합한 후, 아르곤 가스 하에서 400 rpm의 밀링속도로 3시간 동안 어트리션 밀링을 수행하였다.100 g of aluminum powder, 1 g of stearic acid and 1500 g of STS balls were mixed and subjected to induction milling under argon gas at a milling speed of 400 rpm for 3 hours.
다음으로, 어트리션 밀링시킨 분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 500℃ 하에서, 20분 동안 열을 가하여 윤활제를 제거하여 알루미늄 플레이크 분말(AFP)을 제조하였다.Next, the powder subjected to attrition milling was placed in a vacuum oven and heated at 500 DEG C under a vacuum atmosphere for 20 minutes to remove the lubricant, thereby preparing an aluminum flake powder (AFP).
다음으로, 폴리비닐알코올(PVA) 1g을 DI water 150ml를 혼합한 후, 초음파 처리하여 PVA 수용액을 제조한 후, PVA 수용액에 상기 AFP 10g을 넣고 1시간 동안 교반하여 AFP-고분자 용액을 제조하였다.Next, 1 g of polyvinyl alcohol (PVA) was mixed with DI water (150 ml) and ultrasonicated to prepare a PVA aqueous solution. 10 g of the AFP was added to the PVA aqueous solution and stirred for 1 hour to prepare an AFP-polymer solution.
다음으로, AFP-고분자 용액을 여과지로 여과하고, 여과물을 DI water로 3번 헹구어줘서 고분자(PVA)가 코팅된 AFP 슬러리를 제조하였다.Next, the AFP-polymer solution was filtered through a filter paper, and the filtrate was rinsed three times with DI water to prepare a polymer (PVA) -coated AFP slurry.
다음으로, 고분자가 코팅된 AFP 슬러리에 뷰렛을 이용하여 GO 현탁액을 적가 및 교반시켰으며, 교반은 투명한 수용액층이 형성될 때까지 수행하였다. 여기서, 상기 GO 현탁액은 그래핀옥사이드(GO) 0.152g을 DI water 200 ml에 넣은 후, 1시간 동안 초음파 처리한 것이다.Next, the GO suspension was dropped and stirred in a polymer-coated AFP slurry using a buret, and agitation was performed until a transparent aqueous solution layer was formed. Here, the GO suspension was prepared by adding 0.152 g of graphene oxide (GO) to 200 ml of DI water and ultrasonication for 1 hour.
다음으로, 투명한 수용액층이 형성된 용액을 여과하여 GO/Al 복합분말을 여과물로 얻은 후, 이를 30℃의 오븐에 넣어 천천히 건조시켰다.Next, the solution having the transparent aqueous solution layer was filtered to obtain the GO / Al composite powder as a filtrate, which was then slowly dried in an oven at 30 ° C.
다음으로, 상기 건조된 GO/Al 복합분말을 오븐에 투입한 후, H2와 N2 혼합가스 분위기 및 500℃ 하에서 1시간 동안 열적 환원처리를 수행하여, rGO(reduced grapheme oxide)/Al 복합분말을 제조하였다.Next, the dried GO / Al composite powder was put into an oven, and then subjected to a thermal reduction treatment in an atmosphere of H 2 and N 2 mixed gas and 500 ° C. for 1 hour to obtain a reduced grapheme oxide / .
다음으로, rGO/Al 복합분말 20g, Al 분말 60g 및 STS 분말 1200g을 혼합한 후, 100 rpm 속도로 5분간 유성밀링을 수행하고, 90분간 밀링을 중지하였다(1 cycle). 이러한 유성밀링을 8사이클 반복하여 유성밀링된 혼합분말을 제조하였다.Next, 20 g of the rGO / Al composite powder, 60 g of the Al powder, and 1200 g of the STS powder were mixed, followed by oil milling for 5 minutes at a speed of 100 rpm, and the milling was stopped for 90 minutes (1 cycle). This oil milling was repeated eight times to prepare oil milled mixed powders.
다음으로, 유성밀링시킨 혼합분말 100 중량부에 대하여 스테아르산 1 중량부를 혼합한 후, 아르곤 가스 하에서 550 rpm의 속도로 6시간 동안 어트리션 밀링을 수행하였다.Subsequently, 1 part by weight of stearic acid was mixed with 100 parts by weight of the oil-milled mixed powder, and then subjected to induction milling at a rate of 550 rpm under argon gas for 6 hours.
다음으로 어트리션 밀링시킨 혼합분말을 진공 오븐에 투입한 후, 진공 분위기 하에서 500℃ 하에서, 20분간 열을 가하여 윤활제를 제거하였다.Next, the milled mixed powder was put into a vacuum oven, and the lubricant was removed by heating at 500 ° C. for 20 minutes in a vacuum atmosphere.
다음으로, 산이 제거된 혼합분말을 480℃의 핫 롤링(hot rolling)을 이용하여 1회당 12%의 압하율로 신선 공정을 수행하여 평균직경 1.3mm 정도의 선재를 제조하였다.Next, the acid-removed mixed powder was subjected to a drawing process at a reduction rate of 12% per one time by hot rolling at 480 캜 to produce a wire having an average diameter of about 1.3 mm.
다음으로, 상기 선재를 진공 분위기 하에서, 500℃의 12시간 동안 열처리를 수행하여 최종 rGO(0.2부피%) 함유 선재(복합선재)를 제조하였다.Next, the wire was subjected to heat treatment at 500 ° C for 12 hours in a vacuum atmosphere to prepare a wire rod (composite wire rod) containing final rGO (0.2% by volume).
실시예Example 3-2 ~ 3-2 ~ 실시예Example 3-8 및 3-8 and 비교예Comparative Example 3-1: 3-1: rGOrGO 함유 contain 복합선재의Composite wire 제조 Produce
상기 실시예 3-1과 동일한 방법으로 rGO 함유 선재를 제조하되, 하기 표 5와 같은 조성을 가지는 rGO 함유 선재를 각각 제조하였다.RGO-containing wires were prepared in the same manner as in Example 3-1, and rGO-containing wires having the compositions shown in Table 5 were prepared.
여기서, 비교예 3-1은 rGO 를 사용하지 않았다.Here, rGO was not used in Comparative Example 3-1.
그리고, 실시예 3-6 ~ 3-8은 열적환원시 H2와 N2 혼합가스 분위기기 아닌 진공 분위기 및 500℃ 하에서 1시간 동안 열적 환원처리를 수행한 것이다.Examples 3-6 to 3-8 were obtained by performing a thermal reduction treatment for 1 hour under a vacuum atmosphere and a temperature of 500 占 폚 in the atmosphere of H 2 and N 2 mixed gas during thermal reduction.
rGO 부피%In Al matrix
rGO volume%
실험예Experimental Example 3-1: 3-1: rGOrGO 함유 contain 복합선재의Composite wire HRTEMHRTEM 측정 및 Measurement and 라만스펙트럼Raman Spectrum 측정 Measure
실시예 3-1에서 제조한 압연재의 HRTEM(High-resolution transmission electron microscopy) 측정 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10을 살펴보면 Al 매트릭스 내부에 존재하는 rGO와 알루미늄의 계면 사이에 알루미나 존재함을 확인할 수 있다.The results of HRTEM (high-resolution transmission electron microscopy) measurement of the rolled material prepared in Example 3-1 are shown in FIG. Referring to FIG. 10, it is confirmed that alumina exists between the interface of rGO and aluminum existing in the Al matrix.
또한, 실시예 3-1에서 제조한 선재의 라만스펙트럼 측정 데이터를 도 11에 나타내었으며, 선재 내 그래핀이 심각한 파손 없이 존재함을 확인할 수 있었다.In addition, the Raman spectrum measurement data of the wire rod prepared in Example 3-1 is shown in FIG. 11, and it can be confirmed that the graphene in the wire rod is present without serious breakage.
실험예Experimental Example 3-2: 3-2: rGOrGO 함유 contain 복합선재의Composite wire 기계적, 전기적 물성 측정 Measurement of mechanical and electrical properties
실시예 3-1 ~ 3-7 및 비교예 3-1에서 제조한 선재의 인장강도(tensile strength), 강성(elastic modulus), 열팽창계수(Coefficient of thermal expansion, CTE) 및 전기전도도(Electrical conductivity)를 각각 측정하여 그 결과를 하기 표 6 및 도 12와 도 13에 각각 나타내었다.The tensile strength, the elastic modulus, the coefficient of thermal expansion (CTE), and the electrical conductivity of the wire rod prepared in Examples 3-1 to 3-7 and Comparative Example 3-1 were measured. And the results are shown in Table 6, FIG. 12, and FIG. 13, respectively.
이때, 인장강도, 강성, 열팽창계수 및 전기전도도 측정 방법은 상기 실험예 1-2와 동일하다.The tensile strength, the stiffness, the thermal expansion coefficient and the electric conductivity were measured in the same manner as in Experimental Example 1-2.
(Mpa)The tensile strength
(Mpa)
(Mpa)Stiffness
(Mpa)
(10-6/℃)Thermal expansion
(10 -6 / ° C)
(% IACS)Electrical conductivity
(% IACS)
상기 표 6, 도 12 ~ 도 13을 살펴보면, 비교예 3-1과 실시예 3-1 ~ 3-8을 비교해볼 때, rGO 함유에 따른 전기전도도 변화가 크게 차이가 나지 않음을 확인할 수 있었다. 그러나, rGO를 함유한 선재가 이를 사용하지 않은 선재 보다 전반적으로 우수한 인장강도 및 강성을 가지는 결과를 보임을 확인할 수 있었다. 그리고, 실시예 3-1 ~ 3-3과 실시예 3-6 ~ 3-8을 각각 비교할 때, 동량의 rGO 함유시 환원공정에서 H2와 N2 혼합가스 하에서 수행하는 것 보다 진공 상태에서 수행하는 것이 선재의 인장강도 향상측면에서 다소 유리함을 확인할 수 있었다.Referring to Table 6 and FIG. 12 to FIG. 13, the comparison of Comparative Example 3-1 with Examples 3-1 to 3-8 reveals that there is no significant difference in the electric conductivity change depending on the rGO content. However, it was confirmed that the wire rods containing rGO had better overall tensile strength and rigidity than those wire rogs containing no rGO. In comparison between Examples 3-1 to 3-3 and Examples 3-6 to 3-8, the same ratios of rGO and rGO were obtained in a vacuum state rather than under a mixed gas of H 2 and N 2 It was confirmed that the improvement of the tensile strength of the wire rod was somewhat advantageous.
상기 실시예 및 실험예를 통해서, 우수한 기계적 물성 및 전기적 특성을 가지는 송전선용 복합선재를 제공할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이러한 본 발명의 송전선용 복합선재를 송전선용 코어로 적용하여, 표면부; 및 상기 표면부 내부에 심재된 코어부;를 포함하며 송전선(케이블)을 제공할 수 있음을 확인하였다. 또한, 본 발명의 복합선재는 기계적 물성이 우수하여 별도의 코어가 구비되어 있지 않는 단일소재의 송전선으로 응용할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이러한, 본 발명의 복합선재는 미래형 스마트 그리드/슈퍼 그리드에 응용할 수 있는 초경량·고송전효율 초고압직류송전(HVDC) 케이블의 코어 및 이를 포함하는 HVDC 케이블의 제조에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. It can be seen from the above Examples and Experimental Examples that a composite wire for transmission line having excellent mechanical properties and electrical characteristics can be provided. By applying the composite wire for transmission line according to the present invention to a transmission line core, And a core portion that is core-embedded in the surface portion, and that a transmission cable can be provided. Further, it can be confirmed that the composite wire of the present invention has excellent mechanical properties and can be applied as a transmission line of a single material having no separate core. It is expected that the composite wire of the present invention can be applied to the manufacture of ultra-high voltage direct current (HVDC) cable cores and HVDC cables including ultra-light and high transmission efficiency HVDC cables applicable to the future smart grid / super grid.
Claims (10)
탄소재가 분산된 알루미늄 매트릭스를 포함하고, 분산된 탄소재와 알루미늄 매트릭스가 접촉되는 계면은 알루미나(Al2O3)를 포함하며,
단일벽탄소나노튜브 2 ~ 2.5 부피% 또는 다중벽 탄소나노튜브 1.8 ~ 4.5 부피%의 탄소재; 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 매트릭스를 잔량으로 포함하며,
복합선재 평균직경 1.3 mm일 때, ASTM E8 규격의 인장시험법에 의거하여 측정시, 인장강도가 350 ~ 480 Mpa인 것을 특징으로 하는 송전선용 복합선재.As a composite material of a fresh material type,
Wherein the interface between the dispersed carbon material and the aluminum matrix comprises alumina (Al 2 O 3 )
From 2 to 2.5% by volume of single-walled carbon nanotubes or from 1.8 to 4.5% by volume of multi-walled carbon nanotubes; And an aluminum matrix containing unavoidable impurities,
Wherein the composite wire has an average diameter of 1.3 mm and a tensile strength of 350 to 480 MPa when measured according to ASTM E8 tensile test.
열팽창계수(CTE)가 (22 ~ 25)×10-6/℃이고, 전기전도도가 40 ~ 55% IACS인 것을 특징으로 하는 송전선용 복합선재.The method according to claim 1, wherein the rigidity is 60 to 90 MPa,
Wherein the thermal expansion coefficient (CTE) is (22 to 25) x 10 < -6 > / DEG C and the electrical conductivity is 40 to 55% IACS.
어트리션 밀링된 혼합분말로부터 윤활제를 제거하는 2단계;
윤활제를 제거한 혼합분말을 소성 가공 공정을 수행하여 선재를 제조하는 3단계; 및
상기 선재를 열처리하는 4단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조하며,
상기 소성 가공 공정은 460℃ ~ 550℃ 하에서 １회당 10 ~ 14%의 압하율로 수행하는 신선 공정을 포함하고,
제조된 복합선재는 탄소재가 분산된 알루미늄 매트릭스를 포함하고, 분산된 탄소재와 알루미늄 매트릭스가 접촉되는 계면은 알루미나(Al2O3)를 포함하며,
복합선재는 단일벽탄소나노튜브 2 ~ 2.5 부피% 또는 다중벽 탄소나노튜브 1.8 ~ 4.5 부피%의 탄소재; 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 매트릭스를 잔량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 송전선용 복합선재의 제조방법.A step of attrition milling a mixture of a carbon nanotube, an aluminum (Al) powder and a lubricant;
A second step of removing the lubricant from the attrition milled mixed powder;
A third step of performing a plastic working process on the mixed powder from which the lubricant has been removed to produce a wire rod; And
And a fourth step of heat treating the wire rod,
Wherein the plastic working step includes a drawing step performed at a reduction rate of 10 to 14% per one time at 460 ° C to 550 ° C,
The manufactured composite wire includes an aluminum matrix in which a carbon material is dispersed, an interface at which a dispersed carbon material and an aluminum matrix are in contact include alumina (Al 2 O 3 )
The composite wire comprises 2 to 2.5% by volume of single-walled carbon nanotubes or 1.8 to 4.5% by volume of carbonaceous material of multi-walled carbon nanotubes; And an aluminum matrix containing unavoidable impurities in a remaining amount.
수소와 질소의 혼합가스 하에서 480℃ ~ 600℃의 열을 12시간 ~ 30시간 동안 가하여 수행하는 것을 특징으로 하는 송전선용 복합선재의 제조방법.4. The method according to claim 3, wherein the heat treatment is performed by applying heat at 400 to 530 DEG C for 2 to 30 hours in a vacuum atmosphere, or
Wherein the heat treatment is performed by applying heat of 480 to 600 占 폚 for 12 hours to 30 hours under a mixed gas of hydrogen and nitrogen.
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