[發明專利]一種雙模結構石墨烯增強鋁基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010865461.0
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111996407B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 邵溥真;梅勇;張強;楊文澍;武高輝;姜龍濤;陳國欽;康鵬超;修子揚;喬菁;周暢;芶華松
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;B22F9/04;B22F3/02;B22F3/26;B22D23/04;C22C21/08;C22C21/16;C22F1/047;C22F1/057;B21B37/56;B21B37/74;C01B32/184;C01B32/194
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種雙模結構石墨烯增強鋁基復合材料的制備方法，涉及一種鋁基復合材料的制備方法。目的是解決石墨烯增強鋁基復合材料制備時石墨烯容易團聚、以及制備的復合材料存在強度?韌性倒置的問題。方法：向氧化石墨烯分散液中加入抗壞血酸溶液得到氧化石墨烯膠體，進行真空凍干得到三維石墨烯骨架，將三維石墨烯骨架和鋁金屬粉末混合后進行球磨得到混合粉末，然后依次進行壓力浸滲制備鑄錠、熱變形處理和熱處理。本發明制備的三維石墨烯骨架結構可以避免團聚現象，通過粗晶與細晶混配的“雙模結構”，在提升材料強度的同時，也能保證材料的韌性。本發明適用于制備石墨烯增強鋁基復合材料。

技術領域

本發明涉及一種鋁基復合材料的制備方法。

背景技術

石墨烯的出現給各領域的發展帶來了革命性的進步。其具有單原子層厚的二維晶體結構，是目前已知最薄的材料。其電學、光學、熱學和機械性能優異，其抗拉強度和彈性模量分別達到125GPa和1.1TPa，被認為是鋁基復合材料的理想增強體。然而，目前石墨烯多用于功能材料和器件的研究。相比之下，在結構材料方面的研究較少，并且多集中于樹脂基或陶瓷基復合材料。石墨烯應用在金屬基復合材料尤其是制備石墨烯增強鋁基復合材料中的研究起步較晚，但發展較快，已經取得了一些不錯的結果，不過仍存在著兩個突出的問題，一個是石墨烯團聚問題，另一個是制備的石墨烯增強鋁基復合材料的強度-韌性倒置的問題，主要體現為：材料強度增加的同時韌性會降低；

石墨烯比表面積巨大，非常容易團聚，如何使石墨烯均勻分散于鋁基體中，是石墨烯/鋁復合材料制備的一個難點。目前，主要通過氣相吸附分散、液相吸附分散以及固相球磨分散等方式進行分散。關于這一部分的相關研究已經取得了大量的研究成果，但是石墨烯的分散效果仍有待進一步加強，以獲得性能更為優異的復合材料。通過文獻調研發現，在研究過程中，學者們較少關注于對石墨烯進行預先的修飾或處理，使其自身不易團聚。

石墨烯增強鋁基復合材料的強度-韌性倒置的問題普遍存在的，韌性的降低一方面導致材料提前斷裂，無法充分體現強度，另一方面也限制了材料的加工以及應用。如何解決該問題，也成了石墨烯增強鋁復合材料研究和應用的關鍵。

發明內容

本發明為了解決石墨烯增強鋁基復合材料制備時石墨烯容易團聚、以及制備的復合材料存在強度-韌性倒置的問題，提出一種雙模結構石墨烯增強鋁基復合材料的制備方法。

本發明雙模結構石墨烯增強鋁基復合材料的制備方法按以下步驟進行：

一、稱料

按質量分數稱取1.2％～1.8％的氧化石墨烯和98.2％～98.8％鋁金屬粉末作為原料；

二、三維石墨烯的制備與分散

將步驟一稱取的氧化石墨烯加入到蒸餾水進行超聲分散，得到氧化石墨烯分散液；在磁力攪拌條件下向氧化石墨烯分散液中加入抗壞血酸溶液，得到氧化石墨烯膠體，將氧化石墨烯膠體進行真空凍干，得到三維石墨烯骨架；將三維石墨烯骨架和步驟一稱取的鋁金屬粉末混合后進行球磨，得到混合粉末；

三、雙模結構石墨烯增強鋁基復合材料鑄錠的制備

將步驟二所得的混合粉末裝入模具中進行冷壓處理，得到復合材料預制體，然后采用壓力浸滲工藝進行制備雙模結構石墨烯增強鋁基復合材料鑄錠；

四、將步驟三中得到的雙模結構石墨烯增強鋁基復合材料鑄錠進行熱變形處理；

五、將步驟四中得到的鑄錠進行熱處理，即完成。

本發明具備以下有益效果：