[發明專利]一種石墨烯增強鎂基復合材料的制備方法有效

申請號：	201410076581.7	申請日：	2014-03-04
公開（公告）號：	CN103773988A	公開（公告）日：	2014-05-07
發明（設計）人：	王曉軍;向抒林;胡小石;吳昆	申請（專利權）人：	哈爾濱工業大學
主分類號：	C22C1/10	分類號：	C22C1/10;C22C1/02;C22C23/04
代理公司：	哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109	代理人：	牟永林
地址：	150001 黑龍***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種石墨增強復合材料制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種納米復合材料的制備方法。

背景技術

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家A.K.Geim與K.S.Novoselov成功地通過實驗從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，高于碳納米管和金剛石，它的強度比鋼鐵還要高200倍，具有1TPa的拉伸模量（剛度）。故石墨烯可以作為金屬基復合材料領域里性能優異且大有前景的納米增強體。

然而，由于石墨烯和鎂合金的相容性不好，且其納米級的尺寸也使得石墨烯之間產生強大的范德華力而極易團聚，這都使得復合材料中石墨烯的增強效果不能完全的發揮。所以如何使石墨烯在基體金屬中均勻的分散成為了能否成功制備納米鎂基復合材料的關鍵。

發明內容

本發明是要解決現有石墨烯在基體金屬中分散不均勻的技術問題，從而提供了一種石墨烯增強鎂基復合材料的制備方法。

本發明一種石墨烯增強鎂基復合材料的制備方法是按以下步驟進行：

一、將石墨烯與醇分散劑混合于無水乙醇中，在超聲功率為100～200w，超聲時間為3～10h的條件下進行化學分散，得到化學分散的石墨烯；其中，所述石墨烯與醇分散劑的質量比為5～15∶1；

二、將步驟一得到的化學分散的石墨烯和Zn粉混合在球磨轉速為250～450r/min的條件下球磨6～12h，得到Gra@Zn復合粉末；其中，所述Zn粉與石墨烯的質量比為10～20∶1；所述球磨采用鋼球和鋼球罐，球料質量比為8～20∶1；

三、將步驟二得到的Gra@Zn復合粉末加入到半固態Mg-Zn合金熔體中，然后進行機械攪拌10～20min，然后升溫至液態，將超聲桿伸入合金液面下30～50cm，在超聲功率為400～800w，超聲時間為5～15min的條件下進行超聲分散處理，得到合金熔體；其中，所述半固態Mg-Zn合金熔體中Zn的質量分數2%～8%；所述Gra@Zn復合粉末與半固態Mg-Zn合金熔體的質量比為1～2∶45～47.5；

四、將步驟三得到的合金熔體澆注于已預熱至500～600℃的模具中，然后在壓力為100～200MPa下凝固，即制備出石墨烯增強鎂基復合材料。

本發明包括以下有益效果：

1、本發明預先將石墨烯與其醇分散劑混合，在超聲條件下進行化學分散，以使團聚的石墨烯得到有效的分散；

2、本發明將Zn粉和石墨烯混合球磨，可以進一步打散團聚的石墨烯并使石墨烯均勻的分散在Zn粉的表面；

3、本發明通過攪拌復合超聲波法制備復合材料可以使石墨烯均勻的分散在鎂合金基體中，可以有效的解決石墨烯在基體金屬總均勻分散的問題；

4、本發明制備的石墨烯增強鎂基復合材料可以充分的發揮石墨烯的增強效果，制得力學性能良好的納米鎂基復合材料。

附圖說明

圖1為試驗一步驟二制備的Gra@Zn復合粉末的SEM圖；

圖2為試驗二制備的石墨烯增強鎂基復合材料的SEM圖；

圖3為試驗三步驟二制備的Gra@Zn復合粉末的SEM圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種石墨烯增強鎂基復合材料的制備方法是按以下步驟進行：