[發(fā)明專(zhuān)利]一種制備石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810102029.9
• 申請(qǐng)日: 2018-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108559861A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹科;吳一昊;孫瑋;趙斌;嚴(yán)雅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/05
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/05;C22C1/10;C22C21/00;B22F1/02
• 代理公司: 上海申匯專(zhuān)利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

一種制備石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，包括一個(gè)制備氧化石墨烯的步驟；一個(gè)制備石墨烯/氫氧化鋁/鋁包覆結(jié)構(gòu)粉體的步驟；稱(chēng)取顆粒狀鋁粉和氧化石墨烯，將其溶于水和酒精的混合溶液中，加入鹽酸溶液進(jìn)行超聲處理，隨后清洗干燥，制備出石墨烯/氫氧化鋁/鋁多層包覆結(jié)構(gòu)的粉體；分兩步對(duì)石墨烯/氫氧化鋁/鋁多層包覆結(jié)構(gòu)的粉體進(jìn)行熱壓燒結(jié)的步驟，第一步處理處理溫度為180~220℃，保溫時(shí)間在30 min；第二步處理溫度為580℃，熱壓燒結(jié)2~3 h，壓強(qiáng)為100~200 MPa之間，得到石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明采用靜電自組裝的方法使石墨烯分散更加均勻，防止了石墨烯的團(tuán)聚現(xiàn)象，顯著的提高了復(fù)合材料的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料，具體來(lái)說(shuō)是一種制備石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

石墨烯具有密度低、力學(xué)性能高、導(dǎo)熱性能好以及熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，石墨烯自誕生起就被認(rèn)為是一種非常有前途的增強(qiáng)體。鋁基復(fù)合材料由于密度小，性能穩(wěn)定在航空航天以及高端汽車(chē)制造領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)增強(qiáng)體(陶瓷顆粒、碳纖維、碳納米管等)，開(kāi)發(fā)高性能的石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，不僅可以提高復(fù)合材料性能，同時(shí)也可降低復(fù)合材料密度。粉末冶金方法是制備石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的一種重要的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，燕紹九，楊程 等人在《材料工程》2014年，第4期，1-6頁(yè)發(fā)表了“石墨烯增強(qiáng)鋁基納米復(fù)合材料的研究”論文，研究了通過(guò)將石墨烯和鋁粉球磨，實(shí)現(xiàn)石墨烯與鋁粉的均勻分散，但是在球磨過(guò)程中，石墨烯的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生破壞，同時(shí)也將促使鋁顆粒與石墨烯之間的反應(yīng)生成Al₄C₃化合物，將會(huì)降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。 JingyueWang等人在《Scripta Materialia》2012，Vol66， 594-597（材料快報(bào)，2012年，66卷，第594-597頁(yè)）發(fā)表了“Reinforcement with graphene nanosheets in aluminum matrixcomposites”論文，研究了通過(guò)加入PVA溶劑對(duì)鋁粉表面進(jìn)行改性，提高石墨烯的均勻分散性問(wèn)題。但是在此過(guò)程中PVA后續(xù)很難處理干凈，會(huì)直接影響復(fù)合材料性能。因此，在粉末冶金方法制備石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料過(guò)程中，石墨烯增強(qiáng)體的均勻分散性成為了制備高性能石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制備石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，所述的這種制備石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備過(guò)程中，石墨烯分散性差，容易團(tuán)聚的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種制備石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

1)一個(gè)制備氧化石墨烯的步驟；在氧化石墨烯制備完成后進(jìn)行離心處理，獲取尺寸一致的氧化石墨烯；

2)一個(gè)制備石墨烯/氫氧化鋁/鋁包覆結(jié)構(gòu)粉體的步驟；稱(chēng)取顆粒狀鋁粉和氧化石墨烯，顆粒狀鋁粉和氧化石墨烯的質(zhì)量比為0.1~0.6：99.4~99.9，將其溶于水和酒精的混合溶液中，水和酒精的體積比在1:4~4:1之間，加入鹽酸溶液，鹽酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為15-35wt%，加入的鹽酸溶液的體積為上述混合溶液體積的0.05~0.2%，并進(jìn)行超聲處理0.1~1h，溫度在40~70℃，隨后清洗干燥，制備出石墨烯/氫氧化鋁/鋁多層包覆結(jié)構(gòu)的粉體；

3)一個(gè)對(duì)石墨烯/氫氧化鋁/鋁多層包覆結(jié)構(gòu)的粉體進(jìn)行熱壓燒結(jié)的步驟；分兩步進(jìn)行，第一步處理處理溫度為180~220℃，保溫時(shí)間在30 min；第二步處理溫度為580~600℃，熱壓燒結(jié)1~4 h，兩步的壓強(qiáng)均為100~200 MPa之間，得到石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，在制備氧化石墨烯的步驟中，以高純的石墨粉為原料，采用改進(jìn)的Hummer’s 方法制備出氧化石墨烯，并結(jié)合離心處理，獲得尺寸基本一致的納米氧化石墨烯片。