[發明專利]一種鎂基石墨烯復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710257988.3
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107058786B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 于彥東;孫兆妹;張海波;李彩霞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C23/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 曹徐婷

本發明是一種鎂基石墨烯復合材料的制備方法，屬于鎂基復合材料技術領域。首先將石墨烯粉末溶于適量無水乙醇溶液中，制得石墨烯超聲分散液；將金屬鎂粉溶于無水乙醇，并超聲處理和機械攪拌混合得到石墨烯/鎂粉混合液；通過過濾后真空干燥，制得鎂基石墨烯復合粉末；將復合粉末進行包套熱擠壓，制得鎂基石墨烯固結預制坯；將去除包套后的固結預制坯加入到熔融金屬液，通過螺旋磁場攪拌澆鑄凝固，最終制備得到鎂基石墨烯復合材料。本發明采用簡單易實現的制備工藝，生產成本低、材料的制備范圍廣、安全環保，具有廣泛的應用推廣前景，適用于制備新型高性能的鎂基石墨烯復合材料。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料研究領域，具體涉及一種鎂基石墨烯復合材料的制備方法。

背景技術

隨著現代科學技術與制造產業的飛速發展，航空航天、交通運輸、電子通訊等領域對輕質高強度金屬結構材料的需求與應用也變得越來越廣泛。鎂基復合材料通過在鎂基體中添加增強相而制得，不僅具有密度小、阻尼減震性好、電磁屏蔽性好等杰出特性，還可獲得更高的比強度、比剛度、耐腐蝕性、耐磨性、尺寸穩定性。目前，鎂基復合材料的研究已成為科研工作者的研究熱點，其制品在航空航天及國防科技領域也將占據重要地位。

自從2004年石墨烯問世以來，由于其具有極優異的力學物理特性，“石墨烯熱”迅速席卷全球。石墨烯是目前自然界最薄且最堅硬的材料，抗拉強度125GPa、彈性模量1100GPa、導熱系數5000W·m^-1·K^-1，被認為是非常有潛力的金屬復合材料增強相，對新型高性能復合材料的研制具有重要意義。

目前，利用石墨烯作為增強相制備金屬基復合材料的研究仍處于起步階段，且主要集中在鋁基、銅基、鈦基等體系，而關于石墨烯增強鎂基復合材料的研究報道卻非常少。由于石墨烯與鎂合金之間存在分散不均勻、潤滑性差、界面結合差等難題，導致石墨烯增強鎂基復合材料的效果無法達到預期，嚴重制約了眾多研究者的科研進展。因此，解決以上問題，才能為石墨烯增強鎂基復合材料的研究和應用提供良好基礎。

現有的石墨烯增強鎂基復合材料的制備方法，通常是將石墨烯與鎂基混合粉末進行超聲攪拌分散或球磨分散，通過真空干燥得到復合粉末，之后通過冷壓制坯、真空燒結制得毛坯，最后通過熱擠壓制備出石墨烯鎂基復合材料。然而，上述的制備方法往往存在以下問題：分散效果易受攪拌過程或球磨過程的影響，從而限制石墨烯對鎂基復合材料的增強效果；粉末燒結產品不能完全致密，且容易產生氧化、燒毀等缺陷，嚴重影響鎂基復合材料的性能與質量，其生產效率低，加工成本高。因此，通過常規的制備工藝，改善石墨烯在鎂基體重的分散性，提高石墨烯對鎂基復合材料的增強效果，獲得新型高性能的鎂基復合材料是當今世界金屬復合材料領域研究的熱點，也必將成為未來新型高性能材料研究的主要方向之一。

發明內容

本發明的目的是為了解決石墨烯與鎂合金之間存在分散不均勻、潤滑性差、界面結合差等難題，提供了一種鎂基石墨烯復合材料的制備方法，該方法采用簡單易實現的制備工藝，生產成本低、材料的制備范圍廣、安全環保，具有廣泛的應用推廣前景。

本發明一種鎂基石墨烯復合材料的制備方法，具體步驟為：

(1)取一定質量的石墨烯粉末，加入到適量的無水乙醇溶液中超聲處理0.5-1h，制得分散均勻的石墨烯乙醇溶液，待用；

(2)在真空手套箱內取一定質量粒度為300-400目的金屬鎂粉，加入到適量的無水乙醇溶液中，進行超聲處理并機械攪拌，同時多次少量的滴加步驟(1)所制得的石墨烯乙醇溶液，超聲處理和機械攪拌的時長為1-2h，獲得分散均勻的石墨烯/鎂粉混合溶液；

(3)將步驟(2)所制得的混合溶液進行過濾后真空干燥，制得鎂基石墨烯復合粉末。

(4)將步驟(3)所制得的復合粉末轉移至真空手套箱內，隨后將復合粉末裝入鋁包套，裝粉的過程中通過不斷震實提高其密實度，最后將鋁包套進行真空除氣密封。