[發明專利]石墨烯和碳化硅混雜增強鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811159446.3
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109112337B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 杜曉明;鄭凱峰;趙彤;劉鳳國;齊浩天
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C21/00;C22F1/04
• 代理公司: 11387 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉春成;徐麗娜

本發明提供一種石墨烯和碳化硅混雜增強鋁基復合材料及其制備方法，包括鋁基體和增強相，其中，所述增強相由碳化硅和石墨烯組成，所述鋁基體的粒徑為10μm、所述碳化硅的粒徑為100nm?1μm、所述石墨烯的直徑為5?10μm、厚度為3?10nm。本發明通過長時間的高能球磨可實現石墨烯片包覆碳化硅顆粒，改善碳化硅顆粒與鋁基體的界面潤濕性，進而解決增強相在鋁合金基體中分散難的問題。高韌性和高硬度的納米混雜增強相同時加入到鋁基體中可以發揮兩者協同強韌化的作用。整個制備過程，工藝簡單可行，可實現規模化生產。

技術領域

本發明涉及納米相增強鋁基復合材料及其制備技術領域，特別涉及一種石墨烯和碳化硅混雜增強鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

鋁基復合材料具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、可設計性強、加工成型工藝簡單和開發成本低廉的特點，廣泛應用于航天、航空、武器裝備和汽車等工業領域，以滿足輕質、高性能的需求。目前，鋁基復合材料的增強體主要分為連續纖維增強體和非連續纖維增強體(包括顆粒、短纖維、晶須等)。其中以顆粒增強鋁基復合材料的制備、成型研究最多，工程應用范圍最廣，技術成熟度最高。但由于在鋁基體中引入了硬質增強顆粒而導致鋁基體的韌性急劇下降，仍無法滿足高強韌性要求的應用領域。

增強體的尺度、形狀和種類對金屬基復合材料的性能具有重要的影響，多尺度、多種類混雜增強鋁基復合材料較單一尺度、單一物相增強的鋁基復合材料性能更加優良、均衡。特別是由于產生混雜效應將明顯提高或改善原單一增強材料的某些性能，獲得綜合性能良好的復合材料，是一種新的復合材料設計與制備理念，有望在解決現階段金屬基復合材料中的性能瓶頸上取得突破。

石墨烯是目前所發現最強韌的二維材料，其彈性模量達到1000GPa，抗拉強度達到125GPa，是結構鋼的100倍，而密度卻是結構鋼的1/5。石墨烯被視為輕量化結構復合材料的理想增強和增韌材料。

本發明綜合利用碳化硅顆粒高強度、高模量的特性和石墨烯的高強度、高韌性的特性來進一步提高鋁基復合材料性能，同時也是對發展高性能復合材料先進制備技術的有益探索。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯和碳化硅混雜增強鋁基復合材料及其制備方法。使其解決了以往混雜增強鋁基復合材料存在的增強相分布不均勻的缺陷。該方法工藝簡單、可操作性強，通過固態球磨和真空熱壓將石墨烯和碳化硅顆粒均勻分散在鋁合金基體中，界面干凈，結合良好，兩種增強相都起到了良好的增強效果。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種石墨烯和碳化硅混雜增強鋁基復合材料，其特征在于，包括鋁基體和增強相，其中，所述增強相由碳化硅和石墨烯組成，所述鋁基體的粒徑為10-15μm、所述碳化硅的粒徑為100nm-1μm、所述石墨烯的直徑為5-10μm、厚度為3-10nm。

進一步地，在上述復合材料中，將所述鋁基體、所述碳化硅和所述石墨烯的總質量分數計為100％，其中所述鋁基體的質量分數為97-99.5wt％，所述碳化硅的質量分數為0.25-2.0wt％，所述石墨烯的質量分數為0.25-1.0wt％。

進一步地，在上述復合材料中，所述鋁基體為鋁鋅鎂銅系中的任意一種。

另一方面，提供了一種制備上述復合材料的方法，包括如下步驟：

1)將準備好的碳化硅和石墨烯混合得到增強相，然后將增強相與準備好的鋁基體混合得到生產該復合材料所需的原料，將所述原料進行高能球磨，得到混合均勻的混合粉體；

2)將步驟1)制得的混合粉體進行真空熱壓燒結，工藝參數為：真空度為1×10^-4Pa-1×10^-5Pa，熱壓溫度為600-630℃，熱壓壓力為100-200MPa，得到復合材料。