[发明专利]一种镁基石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明是一种镁基石墨烯复合材料的制备方法，属于镁基复合材料技术领域。首先将石墨烯粉末溶于适量无水乙醇溶液中，制得石墨烯超声分散液；将金属镁粉溶于无水乙醇，并超声处理和机械搅拌混合得到石墨烯/镁粉混合液；通过过滤后真空干燥，制得镁基石墨烯复合粉末；将复合粉末进行包套热挤压，制得镁基石墨烯固结预制坯；将去除包套后的固结预制坯加入到熔融金属液，通过螺旋磁场搅拌浇铸凝固，最终制备得到镁基石墨烯复合材料。本发明采用简单易实现的制备工艺，生产成本低、材料的制备范围广、安全环保，具有广泛的应用推广前景，适用于制备新型高性能的镁基石墨烯复合材料。

技术领域

本发明属于金属基复合材料研究领域，具体涉及一种镁基石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

随着现代科学技术与制造产业的飞速发展，航空航天、交通运输、电子通讯等领域对轻质高强度金属结构材料的需求与应用也变得越来越广泛。镁基复合材料通过在镁基体中添加增强相而制得，不仅具有密度小、阻尼减震性好、电磁屏蔽性好等杰出特性，还可获得更高的比强度、比刚度、耐腐蚀性、耐磨性、尺寸稳定性。目前，镁基复合材料的研究已成为科研工作者的研究热点，其制品在航空航天及国防科技领域也将占据重要地位。

自从2004年石墨烯问世以来，由于其具有极优异的力学物理特性，“石墨烯热”迅速席卷全球。石墨烯是目前自然界最薄且最坚硬的材料，抗拉强度125GPa、弹性模量1100GPa、导热系数5000W·m^-1·K^-1，被认为是非常有潜力的金属复合材料增强相，对新型高性能复合材料的研制具有重要意义。

目前，利用石墨烯作为增强相制备金属基复合材料的研究仍处于起步阶段，且主要集中在铝基、铜基、钛基等体系，而关于石墨烯增强镁基复合材料的研究报道却非常少。由于石墨烯与镁合金之间存在分散不均匀、润滑性差、界面结合差等难题，导致石墨烯增强镁基复合材料的效果无法达到预期，严重制约了众多研究者的科研进展。因此，解决以上问题，才能为石墨烯增强镁基复合材料的研究和应用提供良好基础。

现有的石墨烯增强镁基复合材料的制备方法，通常是将石墨烯与镁基混合粉末进行超声搅拌分散或球磨分散，通过真空干燥得到复合粉末，之后通过冷压制坯、真空烧结制得毛坯，最后通过热挤压制备出石墨烯镁基复合材料。然而，上述的制备方法往往存在以下问题：分散效果易受搅拌过程或球磨过程的影响，从而限制石墨烯对镁基复合材料的增强效果；粉末烧结产品不能完全致密，且容易产生氧化、烧毁等缺陷，严重影响镁基复合材料的性能与质量，其生产效率低，加工成本高。因此，通过常规的制备工艺，改善石墨烯在镁基体重的分散性，提高石墨烯对镁基复合材料的增强效果，获得新型高性能的镁基复合材料是当今世界金属复合材料领域研究的热点，也必将成为未来新型高性能材料研究的主要方向之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决石墨烯与镁合金之间存在分散不均匀、润滑性差、界面结合差等难题，提供了一种镁基石墨烯复合材料的制备方法，该方法采用简单易实现的制备工艺，生产成本低、材料的制备范围广、安全环保，具有广泛的应用推广前景。

本发明一种镁基石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤为：

(1)取一定质量的石墨烯粉末，加入到适量的无水乙醇溶液中超声处理0.5-1h，制得分散均匀的石墨烯乙醇溶液，待用；

(2)在真空手套箱内取一定质量粒度为300-400目的金属镁粉，加入到适量的无水乙醇溶液中，进行超声处理并机械搅拌，同时多次少量的滴加步骤(1)所制得的石墨烯乙醇溶液，超声处理和机械搅拌的时长为1-2h，获得分散均匀的石墨烯/镁粉混合溶液；

(3)将步骤(2)所制得的混合溶液进行过滤后真空干燥，制得镁基石墨烯复合粉末。

(4)将步骤(3)所制得的复合粉末转移至真空手套箱内，随后将复合粉末装入铝包套，装粉的过程中通过不断震实提高其密实度，最后将铝包套进行真空除气密封。