[发明专利]石墨烯/纳米铝粉复合粉体、包含该复合粉体的石墨烯/铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯/纳米铝粉复合粉体、包含该复合粉体的石墨烯/铝基复合材料及其制备方法。石墨烯/纳米铝粉复合粉体包括纳米级铝粉或铝合金粉末、石墨烯和粘接剂，其中：所述纳米级铝粉或铝合金粉末，粒度为50～100nm；所述石墨烯，平均层数为3～4层，片径为100nm～3μm；所述粘接剂，由环氧树脂和/或酚醛树脂+环氧稀料+乙二胺和/或NL固化剂组成；所述纳米级铝粉或铝合金粉末与所述石墨烯通过所述粘结剂粘结在一起。用高压烧结法制备石墨烯增强铝基复合材料可以提高材料致密度、改善界面结合、抑制界面反应等优点。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料领域，特别涉及一种石墨烯/纳米铝粉复合粉体、包含该复合粉体的石墨烯/铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

金属基复合材料相对于传统材料而言，具有较高的比强度和比刚度，良好的切削加工性能，和抗腐蚀性能等一系列的优点，因此在许多领域得到广泛的应用。石墨烯是一种由碳原子构成的二维纳米材料，呈单层片状结构(厚度仅为几个纳米)。由于其独特的二维蜂窝晶体结构和极高的键强度，石墨烯是迄今为止实验室发现的最坚韧、导电和导热最好的材料，其断裂强度高达130Gpa，是钢的100多倍；杨氏模量1TPa；石墨烯还是世上电导率最高的材料(电阻率仅约10^-8)，约为铜的100倍。石墨烯纳米片具有高的强度、大的比表面积和较好的伸长率，将其添加到铝合金中形成铝基复合材料，可以显著提高铝基复合材料的物理化学性能。

石墨烯/铝基复合材料相对于传统的铝及铝合金材料而言，其显微硬度、拉伸和抗拉强度、导电性能等都得到显著的提高。铝基复合材料的制备方法按基体状态的不同大致可以分为液态法和固态法两大类，也有固态法与液态法相结合的。石墨烯是单层的石墨烯原子，其振实密度比较小，无论是将石墨烯与铝粉机械混合进行粉末冶金还是将石墨烯加入到熔融的铝液中都是比较困难的，研究者们尝试了各种方法制备石墨烯/铝基复合材料。

重庆大学的Muhammad Rashad等人采用解体熔融沉积(Disintegrated Meltdeposition)法制备了显微硬度、拉伸和屈服强度都显著提高的石墨烯铝基复合材料试样。北京航空航天大学的张海平、徐聪等人也采用球磨+热压+热挤出方法得到了屈服强度和极限抗拉强度都显著提高的石墨烯/铝基复合材料。中国航空工业集团公司北京航空材料研究院的李炯利、王旭东等人采用低温球磨技术结合热挤压技术制备出石墨烯在铝基体中均匀分布且界面结合良好的“石墨烯/铝”复合材料挤压棒材，然后将其作为中间合金，加入到熔融的铝液中，最大程度地改善石墨烯在铝液中的分散均匀性，进而制备铝导线电缆。这些方法都制备了性能良好的石墨烯/铝基复合材料。

粉末冶金通过机械方法将两种或以上粉末混合在一起，可以使其分布相对较均匀，在一定程度上克服了润湿性差、比重差别大引起的增强体与基体结合性差、增强体分布不均匀的问题。近年来，用粉末冶金的方法制备石墨烯/铝基复合材料的研究有很多，很多都采用高能球磨的方法来混粉来获得良好的界面和均匀性，为了避免团聚，在球磨时也有研究者加入甲醇作为过程控制剂，为了防止氧化反应的发生还需要用氩气作为保护气体，或用液氮来进行低温球磨，中国航空工业集团公司北京航空材料研究院的李炯利、王旭东等人就是用硬脂酸作为过程控制剂，利用液氮降温进行低温球磨来制备石墨烯/铝基复合材料的，这些方法的制备过程比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/纳米铝粉复合粉体、包含该复合粉体的石墨烯/铝基复合材料及其制备方法，能够解决石墨烯/铝基复合材料制备过程中石墨烯偏聚的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石墨烯/纳米铝粉复合粉体，包括纳米级铝粉或铝合金粉末、石墨烯和粘接剂，其中：所述纳米级铝粉或铝合金粉末，粒度为50～100nm；所述石墨烯，平均层数为3～4层，片径为100nm～3μm；所述粘接剂，由环氧树脂和/或酚醛树脂+环氧稀料+乙二胺和/或NL固化剂组成；所述纳米级铝粉或铝合金粉末与所述石墨烯通过所述粘结剂粘结在一起。