[发明专利]激光烧结的多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，尤其涉及一种激光烧结的多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料的制备方法。

背景技术

多孔钛在生物医学、食品、化工等领域都有广泛应用。

石墨烯是由单层碳原子按蜂窝结构排列形成的二维材料，具有优异力学性能，同时还具有低热膨胀系数、高导电率、高热导率等优异的电学和热物理性能。因此石墨烯是一种很有潜力的金属基纳米复合材料的增强相。可以预期，采用石墨烯增强钛纳米复合材料制备的多孔材料将会有更好的综合性能。

目前没有较好的方法来制备多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料，主要是因为钛是比较活泼的金属，容易与碳、氧、氮等元素反应，使得不易制备出性能优良的纳米复合材料，从而制约了相应的多孔材料的发展。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种激光烧结的多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料的制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种激光烧结的多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料的制备方法，该方法能够防止钛与石墨烯发生反应，保证制备出的纳米复合材料性能优良。

本发明提出的一种激光烧结的多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)混粉：将氢化钛粉末、钛粉末以及石墨烯粉末按一定的比例共同放置于球磨罐中进行氩气保护的间歇球磨混料，混合均匀得到复合粉体；

(2)激光点阵或线阵烧结：用激光多层烧结的技术对步骤(1)中的复合粉体进行烧结，使氢化钛脱氢并与钛和石墨烯烧结成一体，氢化钛粉末分解的氢气在激光烧结快速熔凝过程中起造微孔作用，点阵或线阵间的间隙形成烧结材料的宏观孔隙，从而制备成块体多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料。

作为本发明方法的进一步改进，步骤(1)中所述的球磨罐中磨球的质量至少为所述复合粉体质量的5倍，球磨时间为2h，转速为120rpm～250rpm，球磨混料时的温度在50度以下。

作为本发明方法的进一步改进，步骤(1)中所述的复合粉体中石墨烯粉末所占的质量比例在15％以下，所述的氢化钛粉末和钛粉末的直径均在40纳米-70微米之间。

作为本发明方法的进一步改进，所述复合粉体中石墨烯粉末所占的质量比例为5％，所述氢化钛粉末和钛粉末的直径均为2微米。

作为本发明方法的进一步改进，步骤(2)中的激光多层烧结是采用脉冲激光打点或线扫描的方式进行的，通过控制点与点或线与线之间的距离使得复合粉体既能烧结成一体，又存在所需的宏观孔隙。

作为本发明方法的进一步改进，所述激光多层烧结使用的设备为IPG光纤激光器，其工艺参数为：频率50kHz，功率80w，扫描速度2mm/s，光斑直径0.8mm，搭接率0.25。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明方法使用氢化钛、钛与石墨烯混合，通过激光烧结使氢化钛、钛与石墨烯快速熔凝成一体，防止钛与石墨烯发生反应，保证制备出的纳米复合材料性能优良，通过这一道烧结工序即可制备出多孔石墨烯增强钛复合材料，同时该方法制备的复合材料的孔隙率可根据氢化钛和钛粉的比例以及激光烧结工艺进行控制和调整调。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为通过本发明方法制备的多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料的电镜图；

图2为通过本发明方法制备的多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料的样品图；

图3为激光多层烧结采用脉冲激光打点方式的示意图；

图4为激光多层烧结采用脉冲激光线扫描方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例：一种激光烧结的多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)混粉：将氢化钛粉末、钛粉末以及石墨烯粉末按一定的比例共同放置于球磨罐中进行氩气保护的间歇球磨混料，混合均匀得到复合粉体；

(2)激光点阵或线阵烧结：用激光多层烧结的技术对步骤(1)中的复合粉体进行烧结，使氢化钛脱氢并与钛和石墨烯烧结成一体，氢化钛粉末分解的氢气在激光烧结快速熔凝过程中起造微孔作用，点阵或线阵间的间隙形成烧结材料的宏观孔隙，从而制备成块体多孔石墨烯增强钛基纳米复合材料。