[發(fā)明專利]一種利用石墨烯增強鋁基復(fù)合材料廢料制備團簇型鋁基復(fù)合材料的方法

有效

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• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111945029B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梅勇;邵溥真;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(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C21/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種利用石墨烯增強鋁基復(fù)合材料廢料制備團簇型鋁基復(fù)合材料的方法，涉及一種制備鋁基復(fù)合材料的方法。目的是解決石墨烯增強鋁基復(fù)合材料存在強度?韌性倒置、以及石墨烯增強鋁基復(fù)合材料難以回收再利用的問題。方法：石墨烯增強鋁基復(fù)合材料廢料破碎、清洗、烘干和退火，球磨后球化，將球化復(fù)合材料粉末壓制成預(yù)制體并加入鋁金屬液體進行壓力浸滲，最后進行熱擠壓和熱處理。本發(fā)明利用石墨烯增強鋁基復(fù)合材料廢料制備團簇型鋁基復(fù)合材料，制備的復(fù)合材料致密度更高，塑性和韌性提高，降低了壓力浸滲的工藝難度，提高了成品率。本發(fā)明適用于制備石墨烯增強鋁基復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備鋁基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

石墨烯具有單原子層厚的二維晶體結(jié)構(gòu)，是目前已知最薄的材料，其電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和機械性能優(yōu)異，被認(rèn)為是鋁基復(fù)合材料的理想增強體。石墨烯抗拉強度和彈性模量分別達到125GPa和1100GPa，室溫電子/空穴遷移率達15000cm²·V^-1·s^-1，極高的熱導(dǎo)率，達到5000W·m^-1·K^-1。目前，石墨烯在結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用多集中于樹脂基、陶瓷基復(fù)合材料等，而在金屬基復(fù)合材料方面研究的起步較晚。

根據(jù)文獻調(diào)研，石墨烯增強鋁基復(fù)合材料的制備流程已經(jīng)基本完善，主要分為預(yù)分散，制備成型，熱變形處理和熱處理。然而，通過研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯增強鋁基復(fù)合材料中存在強度-韌性倒置的問題，即材料強度增加的同時，材料韌性會降低，這也是結(jié)構(gòu)材料研究中普遍存在的問題。目前的制備和處理方法可以得到高強度的石墨烯增強鋁復(fù)合材料，但都一定程度的損失了材料的韌性。而韌性的降低一方面由于材料提前斷裂失效，其強度無法充分體現(xiàn)，另一方面也限制了材料的加工以及應(yīng)用。

石墨烯增強鋁基復(fù)合材料得到廣泛應(yīng)用之后將面臨回收的問題，受資源可回收利用和環(huán)境保護意識等可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的影響，金屬基復(fù)合材料的回收和再生研究也必將成為復(fù)合材料研究的重點，然而目前，石墨烯增強鋁基復(fù)合材料研究領(lǐng)域尚未有相關(guān)研究報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決石墨烯增強鋁基復(fù)合材料存在強度-韌性倒置、以及石墨烯增強鋁基復(fù)合材料難以回收再利用的問題，提出了一種團簇型石墨烯增強鋁復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明利用石墨烯增強鋁基復(fù)合材料廢料制備團簇型鋁基復(fù)合材料的方法按以下步驟進行：

一、石墨烯增強鋁基復(fù)合材料廢料的預(yù)處理

將石墨烯增強鋁基復(fù)合材料廢料破碎，然后依次進行退火、清洗和烘干，得到預(yù)處理廢料顆粒；

所述退火工藝為：在345～355℃保溫3.5～4.5小時，然后隨爐冷卻；

二、復(fù)合材料粉末制備

將預(yù)處理廢料顆粒進行球磨處理，得到平均粒徑為10～20μm復(fù)合材料粉末；對復(fù)合材料粉末進行球化處理，得到平均粒徑為3～6μm的球化復(fù)合材料粉末；

三、復(fù)合材料的制備

將球化復(fù)合材料粉末裝填至模具內(nèi)進行壓制得到預(yù)制體；在保護氣氛下將預(yù)制體預(yù)熱至630～650℃并保溫2～3h；取與石墨烯增強鋁基復(fù)合材料廢料中鋁基體材質(zhì)不同的鋁金屬并在保護氣氛下加熱至熔點以上150～250℃，得到鋁金屬液體；將鋁金屬液體加入至模具內(nèi)，進行壓力浸滲，然后冷卻至室溫，得到團簇型石墨烯增強鋁基復(fù)合材料鑄錠；

四、熱擠壓

將步驟三得到的團簇型石墨烯增強鋁基復(fù)合材料鑄錠置于熱擠壓機中進行熱擠壓；

五、熱處理

將步驟四中得到的團簇型石墨烯增強鋁基復(fù)合材料加熱至400℃～450℃并保溫1h，即完成。

本發(fā)明具備以下有益效果：