[发明专利]一种铝基石墨烯导热复合材料样品的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料的领域，特别涉及到一种铝基石墨烯导热复合材料样品的制备方法。

背景技术

近年来，为适应电子技术的发展需求，用于热管理的高导热、低膨胀金属基复合材料的研究取得了巨大发展。由于铝及其合金具有比重小，可塑性强，加工性能优良，价格便宜，是热的良好导体被广泛用于空调散热片，计算机散热器，LED模块散热件等领域。然而随着电子科学技术的发展对各类散热器件的散热性能要求越来越高，在能满足易加工成型的基础上，尽量提高其热物理性能。其中石墨烯就一种很好的增强相，石墨烯是一种完美的sp2杂化的一维碳材料，理论计算显示其具有超高的热导率(5000-6000W/m.K)及力学性能，为引领新材料发展进入了全新的视角。

虽然理论研究表明石墨烯具有优异的热学性能，但是由于石墨稀的添加工艺较为复杂，特别是在大规模大产品的制备中，这阻碍了石墨烯/铝复合材料的工业化生产。经过对现有专利的检索：CN102329976A的专利通过对铝粉的预球磨，加入到石墨烯的溶液中过滤、烘干后冷压，最后还需在高温下热挤成型；CN104593841A的专利申请通过对铝基试样预处理，然后在表面镀铜石墨烯。目前存在制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，但是，如何快速有效地制备样品，以确定合理的生产工艺参数，仍然是一个较大挑战。

发明内容

本发明提供了一种铝基石墨烯导热复合材料样品的制备方法，该制备方法避免了粉末烧结的复杂性、以及石墨烯和铝的不润湿性，通过半固态的粘滞力将金属颗粒溶入液态金属，并通过搅拌使增强相混合均匀，在实现提高复合材料高热导率性能和低热膨胀的基础之上，使铝基石墨烯导热复合材料大规模、快速有效制备样品成为可能。

为了实现上述发明目的，本发明采所采用的技术方案具体包括如下步骤：

(1)将石墨烯和金属粉末利用球磨机进行研磨，混合均匀后形成石墨烯包覆金属颗粒；

(2)将铝合金在有氩气的保护炉中加热融为半固态，保温并搅拌；

(3)将步骤(1)所制得的石墨烯包覆金属颗粒加入到步骤(2)的半固态的铝合金中并保持搅拌；

(4)将半固态的铝合金搅拌均匀后加热到液态，进行铸造，得到铝基石墨烯导热复合材料样品；

在铝基石墨烯导热复合材料样品中，石墨烯为金属总量的0.1-5wt％。

进一步，石墨烯的厚度为0.3-20纳米，石墨烯片径为0.4-20微米；石墨烯为金属粉末的0.2-10wt％；铝合金选自纯Al、Al-Si、Al-Mg、Al-Cu、Al-Zn或Al-RE系铝合金中的任意一种；金属粉末是纯铝粉或铜粉中的至少一种，金属粉末的粒径为10-200微米。

研磨时最好加入一定量的过程控制剂，过程控制剂的加入量占金属粉末的质量分数为0.5-2.0％。

本发明较之于现有技术具有突出的有益效果，简单分述如下：

(1)利用球磨机进行研磨可减少石墨烯的体积，并利用金属的可塑性，将石墨稀较好地粘合在金属粉末的外表面，形成石墨稀包覆金属颗粒，使石墨稀可随金属粉末一起均匀地加入到半固态的铝合金中，同时，石墨稀包覆金属颗粒也易于在后续工艺中使石墨稀保持良好的分散状态，由于铝合金从半固态到液态的速度较快，石墨稀仍能保持原有的分散良好的状态；预先在球磨机中进行研磨，使纯铝粉或铜粉与石墨稀的润湿性得到改善，当铝合金从半固态被加热到液态后，石墨稀包覆金属颗粒中的金属粉末也同时成为液态，并且与铝合金融合为一体，从而将石墨稀顺利地分布在铝合金熔液中，由于铝合金从半固态迅速被加热到液态并进行铸造，使石墨稀保持了原有的均匀分布的状态。

(2)半固态的铝合金具有较大的粘滞力，当石墨稀包覆金属颗粒被投入到半固态的铝合金中后，在没有搅动的情况下，石墨稀包覆金属颗粒几乎不会移动，在搅拌的作用下，石墨稀包覆金属颗粒会逐渐地被分布均匀，如此保持了后期产品性能的均匀性。

(3)本申请简化了铝基石墨烯导热复合材料样品的制备流程，避免了传统粉末冶金的复杂性，本申请的制备方法改善了现有技术中粉末烧结的不致密性，同时利用铸造工艺直接浇注成不同形状的样品，实现了大规模样品被快速有效地制备，为商品化产品实现大规模的生产提供了基础。

进一步，为了使石墨烯和金属粉末更好地混合并形成微颗粒，步骤(1)中的研磨工艺为：转速为100-600转/分钟，时间为1-10小时。