[发明专利]一种高性能铝/碳复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高性能铝/碳复合材料，其特征在于包含鳞片石墨、石墨烯包裹AlN陶瓷颗粒与铝或铝合金，其中所述石墨烯包裹AlN陶瓷颗粒作为鳞片石墨中的片层支撑体与鳞片石墨片层叠层堆垛，而所述石墨烯包裹AlN陶瓷颗粒与鳞片石墨片层之间的间隙内填充所述铝或铝合金。

2.根据权利要求1所述的高性能铝/碳复合材料，其特征在于包含按照体积百分比含量计算的如下组分：鳞片石墨20-90%，AlN 1-20%，石墨烯0.01-5%，以及作为基体材料的铝或铝合金。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的高性能铝/碳复合材料，其特征在于所述AlN陶瓷颗粒的尺寸为500纳米-100微米。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的高性能铝/碳复合材料，其特征在于所述鳞片石墨的尺寸为100微米到5毫米，厚度为1微米-500微米。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的高性能铝/碳复合材料，其特征在于所述铝或铝合金选自纯铝、Al-Si系、Al-Mg系、Al-Cu系、Al-Zn系、Al-Mg系、Al-Mn系合金中的任意一种或者多种的组合。

6.如权利要求1-5中任一项所述高性能铝/碳复合材料的制备方法，其特征在于包括：

（1）分别使石墨烯和AlN陶瓷颗粒表面负载异种电荷，并利用静电化学组装将石墨烯包裹于AlN陶瓷颗粒表面，获得AlN/石墨烯复合粉体；

（2）将所述AlN/石墨烯复合粉体与鳞片石墨于水溶液中混合形成均匀悬浮液，再过滤、压滤或者沉降制得预制体；

（3）将所述预制体及铝或铝合金以压力浸渗工艺处理，所获浸渗件即为所述高性能铝/碳复合材料。

7.根据权利要求6所述高性能铝/碳复合材料的制备方法，其特征在于包括：在AlN陶瓷颗粒表面修饰带正电性的化学基团，并与带负电性的石墨烯进行静电吸附，从而形成所述石墨烯包裹AlN陶瓷颗粒。

8.根据权利要求7所述高性能铝/碳复合材料的制备方法，其特征在于修饰于AlN陶瓷颗粒表面的带正电性的化学基团至少来源于阳离子表面活性剂、正电性硅烷、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种；

其中，所述阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、聚酰胺或聚丙烯酰胺，

所述正电性硅烷包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基三甲氧基硅烷或多氨基烷基三烷氧基硅烷。

9.根据权利要求6-8中任一项所述高性能铝/碳复合材料的制备方法，其特征在于包括：将AlN/石墨烯复合粉体与鳞片石墨在水溶液中混合制作成均匀分散的浆料，并加入成型助剂，再过滤、压滤或者沉降制得所述预制体；其中所述成型助剂包括用量为所述AlN/石墨烯复合粉体与鳞片石墨重量0.1-10%的水玻璃。

10.根据权利要求6-9中任一项所述高性能铝/碳复合材料的制备方法，其特征在于步骤（3）包括：将预制体置于模具中，并预热至350-600 ℃，而后将温度为650-800 ℃的过热铝熔体快速注入模具中，浸渗压力0.5-5 MPa，保压10秒-10分钟。

11.根据权利要求6-10中任一项所述高性能铝/碳复合材料的制备方法，其特征在于还包括：

（4）采用高温模压或热轧压延工艺对步骤（3）所获浸渗件进行二次加工，其中高温模压或热轧的压力为50-300 MPa，温度为350-600 ℃。

12.根据权利要求6-11中任一项所述高性能铝/碳复合材料的制备方法，其特征在于所述水溶液中含有浓度为0.1-10wt%的水溶表面活性剂，所述水溶表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、纤维素、聚丙烯酸或聚氨酯。