[發(fā)明專利]一種石墨烯/SiC復(fù)合顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811127545.3 | 申請日： | 2018-09-27 |
| 公開（公告）號： | CN109112336B | 公開（公告）日： | 2021-11-16 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 韓銀龍;陳瑋;常彥春;韋國科 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國航空制造技術(shù)研究院 |
| 主分類號： | C22C1/05 | 分類號： | C22C1/05;C22C21/00;C22C1/10;C23C16/26 |
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| 地址： | 100024 北*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 石墨 sic 復(fù)合 顆粒 增強(qiáng) 金屬 復(fù)合材料 | ||
本發(fā)明公開了一種石墨烯原位包覆SiC(石墨烯/SiC)復(fù)合顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。其制備方法包括以下步驟：S1，將石墨烯包覆SiC顆粒，制得復(fù)合顆粒；S2，制備石墨烯包覆SiC顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。采用石墨烯/SiC增強(qiáng)的復(fù)合材料具有顯著的強(qiáng)韌化效果；石墨烯/SiC復(fù)合顆粒更能顯著提升材料在耐磨性能、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及低熱膨脹性等方面的功能特性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地說是一種石墨烯原位包覆SiC（石墨烯/SiC）復(fù)合顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。
背景技術(shù)
碳化硅顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有諸如低密度、高的比強(qiáng)度和比剛度、高彈性模量、耐磨性能好、高導(dǎo)熱率和低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，是目前技術(shù)最為成熟、最具競爭力的金屬基復(fù)合材料品種之一。此外，SiC顆粒成本低廉，來源廣泛。
石墨烯具有極高的楊氏模量（1.0 TPa）和斷裂應(yīng)力（130 GPa），比金剛石還要強(qiáng)硬，強(qiáng)度約是最好鋼材的100倍；具有已知材料中最高的導(dǎo)熱率和優(yōu)良的導(dǎo)電性；具有巨大的比表面積（2630 m2g-1），還具良好的柔韌性（斷裂應(yīng)變約為25%）。這些優(yōu)異特性使得石墨烯是一種理想的復(fù)合材料納米增強(qiáng)相，將石墨烯作為金屬基體的增強(qiáng)相，可以制備出性能更加優(yōu)越的金屬基復(fù)合材料。
目前，SiC顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料面臨諸多問題。SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（SiCp/Al）是最為典型的SiC顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，以SiCp/Al復(fù)合材料為代表，分析SiC顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料面臨的問題：（一）界面反應(yīng)多樣，界面控制難度大。主要界面反應(yīng)有：
3SiC+4Al→Al4C3+3Si；
SiC顆粒表面一般會有SiO2存在，會和Al發(fā)生反應(yīng)，
3SiO2+4Al→2Al2O3+3Si；
另外，鋁合金中的Mg元素也會參與反應(yīng)，
SiO2+2Mg→2MgO+Si；
2SiO2+Mg+2Al→MgAl2O4+2Si；
MgO+Al2O3→MgAl2O4；
這些界面反應(yīng)若稍有過度，首先會損傷SiC顆粒；其次會產(chǎn)生諸如Si、Al4C3、Al2O3、MgAl2O4等脆性相；另外還會產(chǎn)生多余的Si或消耗掉Mg，造成材料成分改變；這都可能會對SiCp/Al復(fù)合材料的性能產(chǎn)生不利影響。因而，控制好SiCp/Al復(fù)合材料多樣的界面反應(yīng)，獲得良好的復(fù)合材料界面難度較大。（二）斷裂韌性不足。首先，SiC顆粒與鋁基體的界面反應(yīng)不易控制，容易在界面處產(chǎn)生多種脆性相，導(dǎo)致材料在外載荷作用下因界面脆性脫粘而產(chǎn)生脆性斷裂。SiC顆粒本身的脆性斷裂也是導(dǎo)致SiCp/Al復(fù)合材料失效斷裂的原因之一。尤其是對于大顆粒SiC以及高強(qiáng)度合金為基體時，SiC顆粒的斷裂造成的材料失效更為顯著。因此，目前SiCp/Al復(fù)合材料面臨的界面反應(yīng)復(fù)雜、斷裂韌性不足的問題阻礙了其性能的進(jìn)一步提高、嚴(yán)重制約了其在航空、航天及民用工業(yè)領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。
石墨烯是一種理想的復(fù)合材料納米增強(qiáng)相，但由于石墨烯質(zhì)量很輕，表面能巨大，十分易于團(tuán)聚，所以石墨烯在鋁基體中均勻分散較為困難。
發(fā)明內(nèi)容
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